高二物理带电粒子在匀强磁场中的运动2

人教版选修3－1第三章磁场6、带电粒子在匀强磁场中运动1/21复习：1、洛伦兹力产生条件？2、洛伦兹力大小和方向怎样确定？3、洛伦兹力有什么特点？射入匀强磁场中带电粒子将做怎样运动呢？思索：2/21一、带电粒子在匀强磁场中运动带电粒子平行射入匀强磁场运动状态，？（重力不计）问题1：问题2：带电粒子垂直射入匀强磁场运动状态？（重力不计）匀速直线运动1、理论推导3/21（1）时，洛伦兹力方向与速度方向关系（2）带电粒子仅在洛伦兹力作用下，粒子速率改变么？能量呢？（3）洛伦兹力怎样改变？（4）从上面分析，你认为垂直于匀强磁场方向射入带电粒子，在匀强磁场中运动状态怎样？——垂直4/21一、带电粒子在匀强磁场中运动1、理论推导沿着与磁场垂直方向射入磁场带电粒子，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圆半径r和运动周期T，与粒子速度v和磁场磁感应强度B关系表示式5/211）、圆周运动半径2）、圆周运动周期带电粒子将在垂直于磁场平面内做匀速圆周动。6/21亥姆霍兹线圈电子枪磁场强弱选择挡加速电压选择挡2、试验验证（1）洛伦兹力演示仪①电子枪：射出电子②加速电场：作用是改变电子束出射速度③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连线匀强磁场7/21（2）试验演示a、不加磁场时观察电子束径迹b、给励磁线圈通电，观察电子束径迹c、保持初射电子速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹改变d、保持磁感应强度不变，改变出射电子速度，观察电子束径迹改变8/21（3）试验结论①沿着与磁场垂直方向射入磁场带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。②磁场强度不变，粒子射入速度增加，轨道半径也增大。③粒子射入速度不变，磁场强度增大，轨道半径减小。9/21

经过格雷塞尔气泡室显示带电粒子在匀强磁场中运动径迹10/21例题：一个质量为m、电荷量为q粒子，从容器下方小孔S1飘入电势差为U加速电场，然后经过S3沿着与磁场垂直方向进入磁感应强度为B匀强磁场中，最终打到摄影底片D上（如图）（1）求粒子进入磁场时速率。（2）求粒子在磁场中运动轨道半径。11/21测量带电粒子质量或比荷分析同位素12/21（一）、质谱仪测量带电粒子质量或比荷分析同位素二、实际应用1．直线加速器13/21（二）、盘旋加速器14/211、作用：产生高速运动粒子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）、交变电场周期等于粒子做匀速圆周运动周期。3）、粒子最终出加速器速度大小由盒半径决定。

已知盘旋加速器中D形盒内匀强磁场磁感应强度大小为B，D形盒半径为r.今将质量为m、电量为q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到达最大速度表示式.

15/213、注意1、带电粒子在匀强磁场中运动周期跟运动速率和轨道半径无关，对于一定带电粒子和一定磁感应强度来说，这个周期是恒定。2、交变电场往复改变周期和粒子运动周期T相同，这么就能够确保粒子在每次经过交变电场时都被加速。16/21

假如尽可能增强盘旋加速器磁场或加大D形盒半径，我们是不是就能够使带电粒子取得任意高能量吗？

3、因为侠义相对论限制，盘旋加速器只能把粒子加速到一定能量。17/21

盘旋加速器中磁场磁感应强度为B，D形盒半径为R，用该盘旋加速器加速质量为m、电量为q粒子，设粒子加速前初速度为零。求：（1）粒子回转周期是多大？（2）高频电极周期为多大？（3）粒子最大动能是多大？18/21布置