3.6带电粒子在匀强磁场中的运动4

1、新课标高中物理选修新课标高中物理选修31第三章第三章 磁场磁场学习目标学习目标掌握质谱议和回旋加速器的基本构造、掌握质谱议和回旋加速器的基本构造、工作原理工作原理 、及用途。、及用途。自学指导 阅读阅读P100P102，思考：，思考： 1、质谱仪的结构、工作原理、用途是什么？、质谱仪的结构、工作原理、用途是什么？ 2、回旋加速器的结构、工作原理、用途是、回旋加速器的结构、工作原理、用途是什么？什么？A B C例题例题.一个质量为一个质量为m、电荷量为、电荷量为q的粒子的粒子,从容器下方的从容器下方的小孔小孔S1飘入电势差为飘入电势差为U的加速电场的加速电场,其初速度几乎为零其初速度几乎为零,然

2、然后经过后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀的匀强磁场中强磁场中,最后打到照相底片最后打到照相底片D上上.(1)求粒子进入磁场时的速率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求粒子在磁场中运动的轨道半径一、质谱仪一、质谱仪212qUmv加速：mqUv2qmUBr21偏转：qBmvr221mvqU 问题问题1:1:用什么方法可以加速带电粒子用什么方法可以加速带电粒子? ? +U+问题问题2:2:怎样使一个带电粒子获得更大的速度怎样使一个带电粒子获得更大的速度( (能量能量)?)? 答：采用多个电场答：采用多个电场, ,使带电粒子

3、多级加速使带电粒子多级加速答：利用加速电场可以加速带电粒子答：利用加速电场可以加速带电粒子采用图进行多级加速采用图进行多级加速,真真的可行吗的可行吗?有什么问题有什么问题?各加速区两板间用独立电源供电各加速区两板间用独立电源供电+粒子被加速后，运动速率和运动半径都会粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动增加，它的运动在回旋加速器中，如果两个在回旋加速器中，如果两个D型盒不是分别接在型盒不是分别接在的两极上，而是接在的两极上，而是接在上，那么带上，那么带电粒子能否被加速？请在图中画出粒子的运动轨迹。电粒子能否被加速？请在图中画出粒子的运动轨迹。 qBmT2周期周期T跟圆半径跟圆半径r

4、和速率和速率v均无关均无关.T不变不变要使粒子每次经过电场都被加要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个速，应在电极上加一个 电压。电压。根据下图，说一说为使带电根据下图，说一说为使带电粒子不断得到加速，提供的粒子不断得到加速，提供的电压应符合怎样的要求？电压应符合怎样的要求？已知已知D D形盒的直径为形盒的直径为D D，匀强磁场的磁感应强，匀强磁场的磁感应强度为度为B B，交变电压的电压为，交变电压的电压为U U，求求:(1):(1)从出口射出时，粒子的速度从出口射出时，粒子的速度v=v=？ （2 2）从出口射出时，粒子的动能）从出口射出时，粒子的动能Ek=Ek=？ （3 3）要增大粒

5、子的最大动能可采取哪些措施？）要增大粒子的最大动能可采取哪些措施？2DqBmvmqBDv2221mvEKmDBqEK8222D越大，越大，EK越大，是不是只要越大，是不是只要D不断增大，不断增大， EK 就可以无限制增大呢？就可以无限制增大呢？最高能量只能达到最高能量只能达到20兆电子伏兆电子伏，从而，从而使使，这就，这就破坏了加速器的同步条件破坏了加速器的同步条件与加速电压与加速电压U无关无关小结小结1、质谱仪的原理、质谱仪的原理2、回旋加速器的原理、回旋加速器的原理1. (多选多选) 1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示这台加

6、速器由两个铜质原理如图所示这台加速器由两个铜质D形盒形盒D1、D2构成，构成，其间留有空隙，下列说法正确的是其间留有空隙，下列说法正确的是( )A离子由加速器的中心附近进入加速器离子由加速器的中心附近进入加速器B离子由加速器的边缘进入加速器离子由加速器的边缘进入加速器C离子从磁场中获得能量离子从磁场中获得能量D离子从电场中获得能量离子从电场中获得能量AD当堂训练当堂训练2.如右图所示，回旋加速器如右图所示，回旋加速器D形盒的半径为形盒的半径为R，用来加，用来加速质量为速质量为m、电荷量为、电荷量为q的质子，使质子由静止加速的质子，使质子由静止加速到的最大动能为到的最大动能为Ek后，由后，由A孔

7、射出，忽略带电粒子在孔射出，忽略带电粒子在电场中运动的时间求：电场中运动的时间求：(1)加速器中匀强磁场加速器中匀强磁场B的大小和方向的大小和方向(2)设两设两D形盒间距为形盒间距为d，其间电压为，其间电压为U，电场视为匀，电场视为匀强电场，质子每次经过电场加速后动能增加，加速到强电场，质子每次经过电场加速后动能增加，加速到上述最大动能所需回旋周数为多少？上述最大动能所需回旋周数为多少？(3)加速到上述最大动能所需时间为多少？加速到上述最大动能所需时间为多少？答案：(1) 方向竖直向下(2) (3)3速度选择器速度选择器(1)平行板中电场强度平行板中电场强度E和磁感应强度和磁感应强度B互相垂直

8、互相垂直.这种装置只能这种装置只能允许具有某一确定允许具有某一确定_的粒子通过的粒子通过,所以叫做速度选择器所以叫做速度选择器.速度速度qEqvB4磁流体发电机磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它磁流体发电是一项新兴技术，它可以把可以把_能直接转化为电能能直接转化为电能(2)根据左手定则，如图中的根据左手定则，如图中的B板是发电机板是发电机_极极(3)磁流体发电机两极板间的距离为磁流体发电机两极板间的距离为L，等离子体速度为，等离子体速度为v,磁场的磁感应强度为磁场的磁感应强度为B，则该发电机能产生的电动势为，则该发电机能产生的电动势为U_内内正正Bdv作业布置作业布置 完成正本作业

9、完成正本作业3 3 完成课时作业完成课时作业典例典例1如图如图8221所示，长方形所示，长方形abcd长长ad0.6 m，宽，宽ab0.3 m，O、e分别是分别是ad、bc的中点，以的中点，以ad为直径的为直径的半圆内有垂直纸面向里的匀强磁场半圆内有垂直纸面向里的匀强磁场(边界上无磁场边界上无磁场)，磁感，磁感应强度应强度B0.25 T。一群不计重力、质量。一群不计重力、质量m3107 kg、电荷量电荷量q2103 C的带电粒子以速度的带电粒子以速度v5102 m/s沿垂直沿垂直ad方向且垂直于磁场射入磁场区域，则方向且垂直于磁场射入磁场区域，则() A从从Od边射入的粒子，出射点全部边射入的粒