高二物理 静电屏蔽 ppt.ppt

第四章 电磁场 第四节磁场中 带电粒子的圆周运动 一 带电粒子将在垂直磁场方向的某平面内做匀速圆周运动1 匀强磁场方向垂直纸面向里 一带负电的粒子以速度v垂直于磁场方向运动 磁场对电荷有什么作用 作用力的方向及大小如何 2 根据牛顿第二定律 洛仑兹力对电荷的运动将产生什么样的作用 3 洛仑兹力会不会使电荷速度大小发生改变 为什么 因为洛仑兹力f bqv 当v的大小不变 f的大小也不会变4 电荷在以后的运动过程中所受的洛仑兹力有什么特点 在这样的力的作用下电荷会做什么样的运动 电荷在运动过程中洛仑兹力的大小恒定 方向时刻与电荷运动方向垂直 这个力与物体做匀速圆周运动的向心力所起的效果完全相同 因此带电粒子将在垂直磁场方向的某平面内做匀速圆周运动 如图 2 二 演示带电粒子在磁场中的圆周运动 1 1 实验装置及实验原理 2 带电粒子在电场中被加速后的直线运动轨迹 3 当速度方向垂直与磁场进入 带电粒子做圆周运动的轨迹 引导学生注意观察带电粒子圆周运动所在的平面与磁场方向的关系 4 改变加速电场的电压 观察粒子圆周运动的半径发生什么样的变化 改变磁场的强弱 观察圆周运动的半径发生什么样的变化 2 结论 当带电粒子垂直于磁场方向运动时 在洛仑兹力的作用下 带电粒子将做匀速圆周运动 三 圆周运动的半径与周期公式 1 圆周运动的半径公式 带电粒子在磁场中做圆周运动的向心力是谁提供的 其大小与什么有关 洛沦滋力时带电粒子圆周运动的向心力 因此有 当物体做匀速圆周运动时 向心力与物体速度 圆半径之间有关系式 2 周期公式 如果知道了圆周运动的半径及粒子的速率 如何求出粒子转一圈所用的时间 即圆周运动的周期 虽然推导t时涉及了半径r与速率v 但最后结果中t的大小与r v都无关 例 已知氢核与氦核的质量之比m1 m2 1 4 电量之比q1 q1 1 2 当氢核与氦核以相同的动量 垂直于磁场方向射入磁场后 分别做匀速圆周运动 则氢核与氦核半径之比r1 r2 周期之比t1 t2 若它们以相同的动能射入磁场后 其半径之比r 1 r 2 周期之比t 1 t 2 四 回旋加速器的工作原理 在现代物理学中 人们为探索原子核内部的构造 需要用能量很高的带电粒子去轰击原子核 如何才能使带电粒子获得巨大能量呢 如果用高压电源形成的电场对电荷加速 由于受到电源电压的限制 粒子获得的能量并不太高 美国物理学家劳伦斯于1932年发明了回旋加速器 巧妙地利用较低的高频电源对粒子多次加速使之获得巨大能量 为此在1939年劳伦斯获诺贝尔物理奖 那么回旋加速器的工作原理是什么呢 回旋加速器 如图 3 1 在狭缝a a 与aa之间 有方向不断做周期变化的电场 其作用是当粒子经过狭缝时 电源恰好提供正向电压 使粒子在电场中加速 狭缝的两侧是匀强磁场 其作用是当被加速后的粒子射入磁场后 做圆运动 经半个圆周又回到狭缝处 使之射入电场再次加速 2 粒子在磁场中做圆周运动的半径与速率成正比 随着每次加速 半径不断增大 而粒子运动的周期与半径 速率无关 所以每隔相同的时间周期的1 2回到狭缝处 只要电源以相同的周期变化其方向 就可使粒子每到狭缝处刚好得到正向电压而加速 总结 本节我们主要学习了带电粒子在垂直进入磁场后将做匀速圆周运动及其运动规律 同时还推导了其半径和周期