预备班物理选修3课件.ppt

人教版选修31第三章磁场,6、带电粒子在匀强磁场中的运动,复习：,1、洛伦兹力产生的条件？,2、洛伦兹力的大小和方向如何确定？,3、洛伦兹力有什么特点？,射入匀强磁场中的带电粒子将做怎样的运动呢？,思考：,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态，？（重力不计）,问题1：,问题2：,带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？（重力不计）,匀速直线运动,1、理论推导,（1）时，洛伦兹力的方向与速度方向的关系,（2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速率变化么？能量呢？,（3）洛伦兹力如何变化？,（4）从上面的分析，你认为垂直于匀强磁场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的运动状态如何？,垂直,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,1、理论推导,沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动,问题3：,推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径r和运动周期T，与粒子的速度v和磁场的磁感应强度B的关系表达式,1）、圆周运动的半径,2）、圆周运动的周期,带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周动。,2、实验验证,（1）洛伦兹力演示仪,电子枪：射出电子,加速电场：作用是改变电子束出射的速度,励磁线圈（亥姆霍兹线圈）：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场,（2）实验演示,a、不加磁场时观察电子束的径迹,b、给励磁线圈通电，观察电子束的径迹,c、保持初射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化,d、保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束径迹的变化,（3）实验结论,沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。,磁场强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径也增大。,粒子射入速度不变，磁场强度增大，轨道半径减小。,通过格雷塞尔气泡室显示的带电粒子在匀强磁场中的运动径迹,例题：一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上（如图）（1）求粒子进入磁场时的速率。（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。,测量带电粒子的质量或比荷,分析同位素,（一）、质谱仪,测量带电粒子的质量或比荷,分析同位素,二、实际应用,1直线加速器,（二）、回旋加速器,1、作用：产生高速运动的粒子,2、原理,1）、两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。,2）、交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。,3）、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。,已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度大小为B，D形盒的半径为r.今将质量为m、电量为q的质子从间隙中心处由静止释放，求粒子在加速器内加速后所能达到的最大速度表达式.,3、注意,1、带电粒子在匀强磁场中的运动周期跟运动速率和轨道半径无关，对于一定的带电粒子和一定的磁感应强度来说，这个周期是恒定的。,2、交变电场的往复变化周期和粒子的运动周期T相同，这样就可以保证粒子在每次经过交变电场时都被加速。,如果尽量增强回旋加速器的磁场或加大D形盒半径，我们是不是就可以使带电粒子获得任意高的能量吗？,3、由于侠义相对论的限制，回旋加速器只能把粒子加速到一定的能量。,回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R，用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：,（1）粒子的回转周期是多大？,