《带电粒子在匀强磁场中运动》上课课件.ppt

分析：可以让带电粒子通过磁场做圆周运动，从而可以被第二次加速。 * 带电粒子在匀强磁场中的运动 【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： 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 【推理与猜想】 （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？ ( 1 )洛伦兹力的方向和速度的方向之间的关系？ 与 不垂直 拓展： 粒子的轨迹是一条螺旋线 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径、周期，与粒子的速度、磁场的磁感应强度有什么关系？ 思考与讨论 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？ 推导:带电粒子在匀强磁场中运动的半径与周期 粒子做匀速圆周运动所需的向心力 是由 粒子所受的洛伦兹力提供的: 说明: 1、轨道半径和粒子的运动速率成正比。 2、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运动速率无关。 例题：如图所示，一束带正电的相同的粒子垂直磁场边界自O点射入匀强磁场中后分成了3束，其运动轨迹如图，粒子运动方向与磁场方向垂直，不计粒子的重力作用，已知OA=OC/2=OD/3，则这三束粒子的速率之比 例题 氘核( )、氚核( )、氦核( )都垂直磁场方向入射同一匀强磁场，求以下几种情况下，它们轨道半径之比及周期之比各是多少？（1）以相同速率射入磁场；（2）以相同动能射入磁场． 思考： 如何确定带电粒子在有界磁场中做不完整匀速圆周运动的圆心、半径及运动时间？ 可以通过入射点和出射点分别作垂直与入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心 （１）已知入射方向和出射方向 V0 P M O V 带电粒子做圆周运动的分析方法－ 圆心的确定 带电粒子做圆周运动的分析方法－圆心的确定 （２）已知入射方向和出射点的位置时： V P M O 可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心． 半径的确定和计算 利用平面几何的关系，求出该圆的可能半径（或圆心角），并注意以下两个重要的几何特点： １．粒子速度的偏向角φ等与圆心角α，并等于AB弦与切线的夹角θ（弦切角）的２倍．即φ=α=2θ=ωt ２．相对的弦切角（ θ ）相等，与相邻的弦切角（ θ’ ）互补， 即θ＋ θ’＝１８０° Φ(偏向角） Ａ v v O’ α Ｂ θ θ θ‘ 运动时间的确定 1、利用偏转角（即圆心角α）与弦切角的关系，或者利用四边形的内角和等与360°计算出圆心角α的大小,由公式 t=αT/ 360°可求出粒子在磁场中运动的时间 2、当v一定时，在磁场中运动的时间t=L/v,L为带电粒子通过的弧长。 例题： 如图所示，直线MN上方为磁感应强度为B的足够大的匀强磁场，一电子（质量为m，电荷量为e）以v的速度从o点与MN成30度角的方向射入磁场当中，求： （1）电子从磁场中射出时距o点多远？ （2）电子在磁场中运动的时间是多少？ 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 提出问题：设计一个仪器，将比荷不同、初速度几乎为零带电粒子分开？ 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. 阿斯顿 阿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 1877－1945 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 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 问题2：有没有什么办法可以让带电粒