带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件

1、带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件提出问题提出问题 沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做什么运动？在匀强磁场中做什么运动？带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件猜想与假设猜想与假设F洛洛F洛洛F洛洛F洛洛带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件实验验证实验验证电子枪电子枪玻璃泡玻璃泡励磁线圈励磁线圈带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件无磁场无磁场实验验证实验验证有磁场有磁场 实验现象：实验现象：在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的轨迹是时，电子的轨迹是直线直线；在管

2、外加上垂直初速度方向的匀强；在管外加上垂直初速度方向的匀强磁场，电子的轨迹变弯曲成磁场，电子的轨迹变弯曲成圆形圆形。带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动 沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在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。匀强磁场中做匀速圆周运动。1 1、轨道半径、轨道半径BqmvR 2 2、运行周期、运行周期qBmvRT22（周期跟轨道半径和运动速率均无关）（周期跟轨道半径和运动速率均无关）RvmqvB2带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件带电粒子在气泡室运动径迹的照片带电粒子在气泡室运动径迹的

3、照片（1 1）不同带电粒子的径迹半径为何不同？）不同带电粒子的径迹半径为何不同？（2 2）同一径迹上为什么曲率半径越来越小？）同一径迹上为什么曲率半径越来越小？带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件 例例1 1、如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，有如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，有a a、b b两个电子从同一处沿垂直磁感线方向开始运动，两个电子从同一处沿垂直磁感线方向开始运动，a a的初速度为的初速度为v v，b b的初速度为的初速度为2v2v则则 A Aa a先回到出发点先回到出发点 B Bb b先回到出发点先回到出发点 C Ca a、b b的轨迹是一对内切圆，且的轨迹是一对内切圆，且

4、b b的半径大的半径大 D Da a、b b的轨迹是一对外切圆，且的轨迹是一对外切圆，且b b的半径大的半径大 ab带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件 例例2 2、一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一个匀强一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一个匀强磁场，粒子后段轨迹如图所示，轨迹上的每一小段都可近似磁场，粒子后段轨迹如图所示，轨迹上的每一小段都可近似看成是圆弧看成是圆弧. .由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减少逐渐减少( (带电量不变带电量不变).).从图中情况可以确定从图中情况可以确定 A.A.粒子从粒子从a a到到b b，带正电，带正电

5、B.B.粒子从粒子从b b到到a a，带正电，带正电 C.C.粒子从粒子从a a到到b b，带负电，带负电 D.D.粒子从粒子从b b到到a a，带负电，带负电带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件 例例3 3、一带电粒子在磁感强度为一带电粒子在磁感强度为B B的匀强磁场中做匀速的匀强磁场中做匀速圆周运动，如它又顺利进入另一磁感强度为圆周运动，如它又顺利进入另一磁感强度为2B2B的匀强磁场的匀强磁场中仍做匀速圆周运动，则中仍做匀速圆周运动，则 A A、粒子的速率加倍，周期减半、粒子的速率加倍，周期减半 B B、粒子的速率不变，轨道半径减半、粒子的速率不变，轨道半径减半 C C、粒子的速率减半，轨道

6、半径变为原来的、粒子的速率减半，轨道半径变为原来的 1/41/4 D D、粒子速率不变，周期减半、粒子速率不变，周期减半带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件 质谱仪是一种分析同位素、测定带电粒子比荷质谱仪是一种分析同位素、测定带电粒子比荷及测定带电粒子质量的重要工具。及测定带电粒子质量的重要工具。二、质谱仪二、质谱仪带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件电场电场v二、质谱仪二、质谱仪（1）电场电场：使带电粒子：使带电粒子加速加速（2）磁场磁场：使带电粒子：使带电粒子偏转偏转Uqmv 221mqUv2rvmqvB2比荷比荷 222rBUmqqmUBr21带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件 例例4 4、

7、质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源要工具，它的构造原理如图，离子源S S产生的各种不同正离子产生的各种不同正离子束束( (速度可看作为零速度可看作为零) )，经加速电场加速后垂直进入有界匀强，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片磁场，到达记录它的照相底片P P上，设离子在上，设离子在P P上的位置到入上的位置到入口处口处S S1 1的距离为的距离为x x，可以判断，可以判断 A A、若离子束是同位素，则、若离子束是同位素，则x x越大，离子质量越大越大，离子质量越大 B B、若离子束是同

8、位素，则、若离子束是同位素，则x x越大，离子质量越小越大，离子质量越小 C C、只要、只要x x相同，则离子质量一定相同相同，则离子质量一定相同 D D、只要、只要x x相同，则离子的荷质比一定相同相同，则离子的荷质比一定相同带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件三、回旋加速器三、回旋加速器1.1.加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，子的动能增加，qU=qU= E Ek k2.2.直线加速器，多级加速直线加速器，多级加速 如图所示是多级加速装置的原理图：如图所示是多级加速装置的原理图：3.3.困难：技术上不能产生过高电压；加速

9、设备长。困难：技术上不能产生过高电压；加速设备长。带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件二、回旋加速器二、回旋加速器交流电交流电B带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件工作原理工作原理（4 4）交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期）交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期（1） 窄缝的电场：使粒子加速窄缝的电场：使粒子加速 （2）D形盒的磁场：使粒子回旋形盒的磁场：使粒子回旋 qBmTT2偏电（3）带电粒子的最终动能）带电粒子的最终动能 mRBqmvEk2212222带电粒子获得的最大能量带电粒子获得的最大能量Ek与与R、B有关，与有关，与U无关。无关。交流电

10、交流电B带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件 此加速器可将质子和氘核加速到此加速器可将质子和氘核加速到1MeV1MeV的能量，的能量，为此为此19391939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖. .19321932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D D型室型室. .三、回旋加速器三、回旋加速器带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件三、回旋加速器三、回旋加速器我国于我国于1994年建成的第一台强流质子加速年建成的第一台强流质子加速器器 ，可产生数十种中短寿命放射性同位素，可产生数十种中短寿命放射性同位素 .带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件例例5：质量为：

11、质量为m、带电量为、带电量为q的带电粒子在回旋加的带电粒子在回旋加速器中央速器中央由静止释放，在电场加速由静止释放，在电场加速后进入磁感应强度为后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动，的匀强磁场中做圆周运动，设电场的加速电压为设电场的加速电压为U，则粒子第一次做匀速圆，则粒子第一次做匀速圆周运动的轨道半径周运动的轨道半径R0= ，粒子在磁场中的周，粒子在磁场中的周期期T= 。2021mvqU qBmvR00qBmT221带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件例例6 6、关于回旋加速器，下列说法正确的是关于回旋加速器，下列说法正确的是 A A电场和磁场都是用来加速粒子的电场和磁场都是用来加速粒子

12、的B B电场用来加速粒子，磁场仅使粒子做圆周运动电场用来加速粒子，磁场仅使粒子做圆周运动C C粒子经加速后具有的最大动能与加速电压值有关粒子经加速后具有的最大动能与加速电压值有关D D为了使粒子不断得加速，粒子圆周运动的周期等为了使粒子不断得加速，粒子圆周运动的周期等于交流电的半周期于交流电的半周期带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件Bvrmv2qBmvr =vT =2 rqB2 mmqB mqBTf 21 带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件l 已知已知两个速度方向两个速度方向：可找到两条半径，其交点是圆心。可找到两条半径，其交点是圆心。l 已知已知入射方向入射方向和和出射点出射点的位置：的位置

13、：过入射点的半径与初末位置中垂线的过入射点的半径与初末位置中垂线的交点。交点。vvOvOqBmT 2 注意：注意： 应以弧度表示应以弧度表示带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件 特点：当带电粒子特点：当带电粒子从同一边界入射出从同一边界入射出射时速度与边界夹射时速度与边界夹角相同角相同带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件 特点：沿半径入，则沿半径特点：沿半径入，则沿半径出出带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件六、霍尔效应六、霍尔效应 把一通导体放在磁场中，如果磁场方向与电流方向垂直，把一通导体放在磁场中，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流二者垂直的方向上出现横向电势差，这一则在与磁场和电流

14、二者垂直的方向上出现横向电势差，这一现象称之为霍耳现象。现象称之为霍耳现象。带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件quBf 如图，导电板高度为如图，导电板高度为b b厚度为厚度为 d d放在垂直于它的磁场放在垂直于它的磁场B B中。中。当有电流当有电流I I通过它时，由于磁场使导体内移动的电荷发生偏转，通过它时，由于磁场使导体内移动的电荷发生偏转，结果在结果在 A A、A A 两侧分别聚集了正、负电荷，在导电板的两侧分别聚集了正、负电荷，在导电板的A A、A A 两侧会产生一个电势差两侧会产生一个电势差U U。设导电板内运动电荷的平均定向速率为设导电板内运动电荷的平均定向速率为u u，它们在磁场中

15、受到的洛仑兹力为：，它们在磁场中受到的洛仑兹力为：当导电板的当导电板的A A、A A 两侧产生电势差后，两侧产生电势差后，运动电荷会受到电场力：运动电荷会受到电场力：qbUEqF导电板内电流的微观表达式为：导电板内电流的微观表达式为：ubdnqnqsuI)(由以上各式解得：由以上各式解得：dIBnqU1其中其中 叫叫霍尔系数霍尔系数nqK1带电粒子在匀强磁场中的运动优秀课件 例例1212、霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力。当静电子与洛仑兹力达到平衡时，对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力。当静电子与洛仑兹力达到平衡时，导体上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流导体上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流I I是由电子的定向流动形是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度