《带电粒子在磁场中的运动》..ppt

洛伦兹力演示仪 [工作原理]：由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹 * * * 第三章 磁场 复习： 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： 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态，？ （重力不计） 问题1： 问题2： 带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？ （重力不计） 匀速直线运动 1、理论推导 （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，粒子的速率变化么？能量呢？ （3）洛伦兹力的如何变化？ （4）从上面的分析，你认为垂直于匀强磁场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的运动状态如何？ ——垂直 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 1、理论推导 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 问题3： 推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径r和运动周期T，与粒子的速度v和磁场的强度B的关系表达式 1）、圆周运动的半径 2）、圆周运动的周期 加速电压选择挡 洛伦兹力演示器 励兹线圈 电子枪 磁场强弱选择挡 2实验验证： ③励磁线圈：作用是能在两线圈之间产生平 行于两线圈中心的连线的匀强磁场 ②加速电场：作用是改变电子束出射的速度 ①电子枪：射出电子 [构造]: 1. 洛伦兹力演示仪 两个平行的通电环形线圈可产生沿轴线方向的匀强磁场 （2）实验演示 a、不加磁场时观察电子束的径迹 b、给励磁线圈通电，观察电子束的径迹 c、保持初射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化 d、保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束径迹的变化 （3）实验结论 ①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。 ②磁场强度不变，粒子射入的速度增加，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。 ④周期与粒子速度无关.B越大T越小.B越小,T越大. 2,一个质量为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，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. (1)求粒子进入 磁场是的速率。 (2)求粒子在磁 场中的轨道半径。 质谱仪的工作原理 测量带电粒子质量 分析同位素 D A U S1 S2 S3 B （一）、质谱仪 二、实际应用 1. 直线加速器 （二）、加速器 (2)直线加速器，多级加速 如图所示是多级加速装置的原理图： (1)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 2. 回旋加速器 (1)1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在较小的空间范围内进行多级加速； (2)工作原理：利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件——两个D形盒和其间的窄缝内完成。 1931年，加利福尼亚大学的劳伦斯斯出了一个卓越的思想，通过磁场的作用迫使带电粒子沿着磁极之间做螺旋线运动，把长长的电极像卷尺那样卷起来，发明了回旋加速器，第一台直径为27cm的回旋加速器投入运行，它能将质子加速到1Mev。1939年劳伦斯获诺贝尔物理奖。 U 2. 回旋加速器 例题:回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的直径为d，用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求： （1） 粒子的回 转周期是多大？ （2）高频电极的周期为多大？ （3） 粒子的最大动能是多大？ [带电粒子的最终能量] 当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由r=mv/qB得v= rqB/m，若D形盒的半径为R，则带电粒子的最终动能： 所以，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R。 为什么带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关？ 思考与讨论： * *