高二物理第5节带电粒子在磁场中的运动质谱仪课件.ppt

1、五、带电粒子在磁场中的运动质量分析装置，带电粒子在均匀强磁场中的运动轨迹，大量的实验表明，带电粒子在只有洛伦兹力作用(重力通常被忽略)的条件下，在均匀强磁场中有两个典型的运动：1v平行b时，等速直线运动2v垂直b时， 等速圆周运动洛伦兹力上表明带电粒子提供等速圆周运动所需的向心力，轨道半径和运动周期，1轨道半径r，洛伦兹力提供向心力，得到：在均匀的强磁场中进行等速圆周运动的相同的比负荷电荷粒子，轨道半径是与运动速度成比例的相同电量的带电粒子， 轨道半径与粒子运动量成比例，运动速度相同的带电粒子，轨道半径与负荷成反比，2运动周期t，得：周期与轨道半径和运动速度无关，如下例：例题：图所示，某质量、

2、速度和电量不同的正离子垂直地入射到均匀强磁场和均匀强电场正交的区域， 结果发现一部分离子保持原来的运动方向，没有发生偏转，如果使这些不偏转的离子进入另一个均匀强磁场，这些离子又会分裂成进入下一个磁场的离子，结论：a他们的动能一定不同b它们的电量一定不同c它们的分析：相对于在均匀的强电场和磁场的正交区域保持原始运动方向的粒子，电场力等于洛伦兹力：得：也就是说速度相同的粒子进入下一个磁场，根据偏转半径r=mv/qB，可知它们的比重一定不同，所以d正确，三，质量电场能使带电粒子加速，使带电粒子偏转的磁场不能使带电粒子的速度变化，但使带电粒子偏转，质量分析装置：利用磁场引起的带电粒子的偏转，根据带电粒

3、子的电荷量、轨道半径决定其质量的装置、质量分析装置、被称为质量分析装置的结构， 带电粒子注入器加速电场(u )速度选择器(e，B1 )偏转磁场(B2 )照片胶卷、4、质量分析装置的工作原理，如图2所示，带电粒子在真空环境中的均匀的强磁场下如图所示在轨道上运动. 卡车是相互连接的两个半径不同的半圆弧，中间是薄的金属片，粒子通过时有动能损失。 试着判断粒子上、下两个半圆轨道中的哪个时间长(忽略粒子的重力)分析：首先根据洛伦兹力的方向(指圆心)、磁场的方向和动能的损失状况，判定粒子带正电，向abcde的方向运动。 求出通过上、下两个圆弧所需的时间：带电粒子在磁场中等速圆周运动，t仅由磁感应强度b和粒

4、子的质量比决定。 与粒子速度v、旋转半径r无关。 因此，上下一半的圆弧粒子通过所需的时间相等。 动能的损失使粒子的速度减少，结果使旋转半径成比例减少，周期不变。 例如负离子的质量是m，电力的大小是q，以速度v0垂直于屏幕s通过小孔o进入存在均匀的强磁场的真空室。 磁感应强度b的方向垂直于离子的初速方向，垂直于纸面。 如果求出从离子进入磁场起经过时间t的位置p为止，直线OP和离子入射方向所成的角度和t的关系，如图1016所示，解析离子到达位置p时的中心角，则例如假设存在与空间垂直向下的同样的强电场垂直的纸面的面内的均匀的强磁场如图10-22所示，已知离子在电场力和洛伦兹力的作用下静止后从a点沿着

5、曲线ACB运动，到达b点时速度为零，c点为运动的最低点，可以忽略重力， 下面的说法是正确的： a这个离子一定带正电荷的BA点和b点处于相同高度的c离子在c点速度最大的d离子到达b点时，沿着原来的曲线回到a点，(1)平行板间的电场方向向下，离子从a点静止放出后，电场的力(2)离子具有速度时，它在向下的电场力f和垂直于速度心持续改变方向的洛伦兹力f的作用下沿着ACB曲线运动，洛伦兹力不工作，所以电场力功等于动能的变化，离子到达b点时的速度为零，所以从a到b 这表示离子在电场中的b点和a点的电势相等，即b点和a点处于相同的高度，选择了b。 (3)c点是轨道最低点，离子从a运动作用于c电场的力最多，c

6、点具有的动能最多，因此离子在c点速度最大，选择c。 (4)如果将离子处于b点的状态与a点比较，则该状态(速度为零，电位相等)相同，如果在右侧存在相同的电场和磁场的重叠区域，则离子在b的右侧再现先前的曲线运动，所以离子不能沿着原来的曲线返回到a点。 把a、b、c作为正确答案。 【总结】初速和加速度决定物体的运动。 涉及力学部分大部分练习问题的外力是一定力。 加速度的大小方向不变。 通过判断初始时刻的加速度和初始速度的关系，就能够判断物体以后的运动。 在本问题中，洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直，所以洛伦兹力和电场力的矢量和总是变化。 所以，如果仅通过一次分析就武断地下结论的话，必然会把原来的力学

7、结论原封不动地应用于此，产生僵化的错误。 图10-17示出了一个示例。 x轴在与xy平面垂直的方向上有均匀的强磁场，磁感应强度为b，x轴下沿y铀的负方向有均匀的强电场，电场强度为e。 质量m、电荷量q的粒子从坐标原点开始。 向y轴的正方向射出。 注射后，在第三次到达x轴时，将离点o的距离设为l，求出该粒子注射时的速度v和运动的总行程s (忽略重力)。 解析：粒子在磁场中的运动是等速圆周运动，电场中的运动是均匀变速直线运动。 素描粒子运动的过程10-19。 根据这张图，粒子在磁场中进行半周期运动后，首先通过x轴进入电场，均匀地进行减速运动，直到速度为零，反向均匀地进行加速直线运动，以原来的速度的大小反向进入磁场。 这是第二次进入磁场，粒子在磁场中进行圆运动，半周期后第三次通过x轴。 因此，Bqv=mv2R，电场中，粒子在电场中的每次位移为l，第三次到达x轴时，粒子运动的总行程为1圆周和2个位移的长度之和。 例如，如图10-12所示，带负电的粒子进入垂直磁场的方向为圆形的均匀的强磁场区域，在出磁场时，速度从原来的方向偏离60度，带电粒子的质量m=310-20kg，电力量q=10-13C，速度v0=105m/s，磁场区域的半径R=310-1m 如图10-13所示，解析描绘磁场速度