《带电粒子在匀强磁场中运动》课件

1、带电粒子在匀强磁场中的运动,鹤壁高中 宋莉允 2013.10.22,1,学习交流PPT,当磁铁靠近电视会怎样,2,学习交流PPT,【知识回顾】,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：,3,学习交流PPT,判断下图中带电粒子（电量q，重力不计）所受洛伦兹力的大小和方向：,一、运动形式,1、带电粒子平行射入匀强磁场时 匀速直线运动。,2、带电粒子平行射入匀强磁场时做什么运动,?,4,学习交流PPT,【推理与猜想】,（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

2、的速率变化么？能量呢？,（3）洛伦兹力如何变化？,（4）你猜想垂直于匀强磁场方向射入的带电粒子可能做什么运动？,垂直,5,学习交流PPT,洛伦兹力演示仪,【实验验证】,电子枪,6,学习交流PPT,7,学习交流PPT,与 不垂直,拓展：,粒子的轨迹是一条螺旋线,8,学习交流PPT,什么力提供带电粒子做匀速圆周运动的向心力？ 向心力的计算公式是什么？,9,学习交流PPT,2、圆周运动的周期,思考：周期与速度、半径什么关系？,带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周动,1、圆周运动的半径,10,学习交流PPT,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,1.不同带电粒子的径迹半径为什么不

3、一样？ 2.同一条径迹上为什么曲率半径会越来越小呢？,11,学习交流PPT,提出问题：能否从气泡室中带电粒子的径迹得到启发，设计一个仪器，将比荷不同、初速度几乎为零带电粒子分开？,12,学习交流PPT,设计方案：设一个质量为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,其初速度几乎为零,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.求： (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,13,学习交流PPT,质谱仪,通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器.,14,学习交流PPT,阿斯顿,阿

4、斯顿是英国物理学家，他长期从事同位素和质谱的研究。他首次制成了聚焦性能较高的质谱仪，并用此来对许多元素的同位素及其丰度进行测量，从而肯定了同位素的普遍存在。同时根据对同位素的研究，他还提出了元素质量的整数法则。因此他荣获了1922年的诺贝尔化学奖。,Francis William Aston 18771945,15,学习交流PPT,1、水平导线中有电流I通过，导线正下方的电子初速度的方向与电流I的方向相同，则电子将（ ）, ,v,a,b,I,A.沿路径a运动,轨迹是圆 B.沿路径a运动,轨迹半径越来越大 C.沿路径a运动,轨迹半径越来越小 D.沿路径b运动,轨迹半径越来越小,例与练,B,16,

5、学习交流PPT,2、有三种粒子，分别是质子（）、氚核、（）和粒子（）束，如果它们以相同的速度沿垂直于磁场方向射入匀强磁场（磁场方向垂直纸面向里），在下图中，哪个图正确地表示出这三束粒子的运动轨迹？（）,例与练,C,17,学习交流PPT,3、两个励磁线圈中每一线圈为N =140匝，半径为R= 140 mm，两线圈内的电流方向一致，大小相同为I= 1.00A，线圈之间距离正好等于圆形线圈的半径，在玻璃泡的区域内产生的磁场为匀强磁场，其磁感应强度 （特斯拉）。灯丝发出的电子经过加速电压为U=125V的电场加速后，垂直磁场方向进入匀强磁场区域，通过标尺测得圆形径迹的直径为D= 80.0mm，请估算电子

6、的比荷 。（答案保留2位有效数字）,例与练,18,学习交流PPT,解：,19,学习交流PPT,问题1：要认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”。然而，原子核被强大的核力约束，只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开”。那么怎样才能产生这些高能炮弹呢？,加速器,20,学习交流PPT,加速器中的径迹为直线，其加速装置要很长很长,设计方案：多级加速器,21,学习交流PPT,多级加速器,加利佛尼亚斯坦福大学的粒子加速器,22,学习交流PPT,问题2：有没有什么办法可以让带电粒子在加速后又转回来被第二次加速，如此反复“转圈圈”式地被加速，加速器装置所占的空间不是会大大缩小吗？,

7、23,学习交流PPT,设计方案：回旋加速器,回旋加速器的原理,24,学习交流PPT,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.,25,学习交流PPT,返回,26,学习交流PPT,粒子获得最大速度,粒子获得最大动能,与加速电压无关！,27,学习交流PPT,费米实验室环形加速

8、器,美国伊利诺斯州,28,学习交流PPT,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。,29,学习交流PPT,4、回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心的部分是分 别与高频交流电极相连的两个D形金属盒。两盒间的狭缝中形 成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速， 两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示。要增 大带电粒子射出的动能，则下列说法中正确的是（ ）,例与练,A.增大匀强电场间的加速电压 B.增大磁场的磁感应强度B C.减少狭缝间的距离 D.增大D形金属盒的半径,BD,30,学习交流PPT,1)圆半径r,