《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》新人教版綜合自用版).ppt
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第三章《磁場(chǎng)》,第六節(jié)《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》,復(fù)習(xí)：,問題1：什么是洛倫茲力？,問題1：帶電粒子在磁場(chǎng)中是否一定受到洛倫茲力？,----磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力,----不一定，洛倫茲力的計(jì)算式F洛=qVBsinθ,討論：,若帶電粒子（不計(jì)重力）以沿著與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)，粒子將如何運(yùn)動(dòng)？,2、洛倫茲力的方向總是與速度方向垂直，洛倫茲力只會(huì)改變粒子速度的方向，不會(huì)改變其大小。,1、由于是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，洛倫茲力大小保持不變,猜想與假設(shè),討論：,若帶電粒子（不計(jì)重力）以沿著與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)，粒子將如何運(yùn)動(dòng)？,2、洛倫茲力的方向總是與速度方向垂直，洛倫茲力只會(huì)改變粒子速度的方向，不會(huì)改變其大小。,1、由于是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，洛倫茲力大小保持不變,3、該帶點(diǎn)粒子將會(huì)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力。,洛倫茲力演示器,,實(shí)驗(yàn)：,②勵(lì)磁線圈：作用是能在兩線圈之間產(chǎn)生平行于兩線圈中心的連線的勻強(qiáng)磁場(chǎng),①加速電場(chǎng)：作用是改變電子束出射的速度,無磁場(chǎng),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,有磁場(chǎng),實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：,1.不加磁場(chǎng)時(shí)電子的徑跡是直線;2.加上勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，電子的徑跡變彎曲成圓形；3.磁場(chǎng)越強(qiáng)，徑跡的半徑越??；4.電子的出射速度越大，徑跡的半徑越大。,一、帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡,,,1、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑,2、圓周運(yùn)動(dòng)的周期,總結(jié)：由1式可知，粒子速度越大，軌跡半徑越大；磁場(chǎng)越強(qiáng)，軌跡半徑越小。由2式可知，粒子運(yùn)動(dòng)的周期與粒子的速度大小無關(guān)，磁場(chǎng)越強(qiáng)，周期越短。,帶電粒子在氣泡室運(yùn)動(dòng)徑跡的照片,（1）不同帶電粒子的徑跡半徑為何不同？,（2）同一徑跡上為什么曲率半徑越來越??？,,例1：一個(gè)帶電粒子，沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)．粒子的一段徑跡如下圖所示．徑跡上的每一小段都可近似看成圓?。捎趲щ娏Ｗ邮寡赝镜目諝怆婋x，粒子的能量逐漸減小(帶電量不變)．從圖中情況可以確定,A．粒子從a到b，帶正電B．粒子從a到b，帶負(fù)電C．粒子從b到a，帶正電D．粒子從b到a，帶負(fù)電,,例2、如圖所示，在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有a、b兩個(gè)電子從同一處沿垂直磁感線方向開始運(yùn)動(dòng)，a的初速度為v，b的初速度為2v．則A．a(chǎn)先回到出發(fā)點(diǎn)B．b先回到出發(fā)點(diǎn)C．a(chǎn)、b的軌跡是一對(duì)內(nèi)切圓，且b的半徑大D．a(chǎn)、b的軌跡是一對(duì)外切圓，且b的半徑大,,例3、一帶電粒子在磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如它又順利進(jìn)入另一磁感強(qiáng)度為2B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中仍做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則A、粒子的速率加倍，周期減半B、粒子的速率不變，軌道半徑減半C、粒子的速率減半，軌道半徑變?yōu)樵瓉淼?/4D、粒子速率不變，周期減半,,,例4：一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從容器下方的小孔S1飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為零，然后經(jīng)過S3沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后打到照相底片D上。（1）求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率。（2）求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。,可見半徑不同意味著比荷不同，意味著它們是不同的粒子,應(yīng)用：,質(zhì)譜儀,通過測(cè)出粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，計(jì)算粒子的比荷或質(zhì)量及分析同位素的儀器.,二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期有何特征？,可見同一個(gè)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度無關(guān),回旋加速器就是根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)的,1．加速原理：利用加速電場(chǎng)對(duì)帶電粒子做正功使帶電粒子的動(dòng)能增加。,二.加速器,直線加速器,2．直線加速器（多級(jí)加速）如圖所示是多級(jí)加速裝置的原理圖：,二.加速器,直線加速器,斯坦福大學(xué)的加速器,多級(jí)直線加速器有什么缺點(diǎn)？,直線加速器,利用加速電場(chǎng)對(duì)帶電粒子做正功,使帶電的粒子動(dòng)能增加，即qU=ΔEk,②直線加速器的多級(jí)加速：,教材圖3.6-5所示的是多級(jí)加速裝置的原理圖，由動(dòng)能定理可知，帶電粒子經(jīng)n級(jí)的電場(chǎng)加速后增加的動(dòng)能，,ΔEk=q（U1+U2+U3+U4+…Un）,③直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制。,①加速原理：,2．回旋加速器,1932年,美國物理學(xué)家勞侖斯發(fā)明了回旋加速器，從而使人類在獲得具有較高能量的粒子方面邁進(jìn)了一大步．為此，勞侖斯榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．,回旋加速器,回旋加速器,1、作用：產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)的粒子,2、原理,用磁場(chǎng)控制軌道、用電場(chǎng)進(jìn)行加速,,,,,,,,,,,,,,,,,,~,解：當(dāng)粒子從D形盒出口飛出時(shí)，粒子的運(yùn)動(dòng)半徑=D形盒的半徑,,回旋加速器,,,回旋加速器,問題6：D越大，EK越大，是不是只要D不斷增大，EK就可以無限制增大呢?,回旋加速器,美國費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室加速器,回旋加速器,兩D形盒中有勻強(qiáng)磁場(chǎng)無電場(chǎng)，盒間縫隙有交變電場(chǎng)。,電場(chǎng)使粒子加速，磁場(chǎng)使粒子回旋。,粒子回旋的周期不隨半徑改變。讓電場(chǎng)方向變化的周期與粒子回旋的周期一致，從而保證粒子始終被加速。,在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),周期不變每一個(gè)周期加速兩次電場(chǎng)的周期與粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)周期相同電場(chǎng)一個(gè)周期中方向變化兩次粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定電場(chǎng)加速過程中,時(shí)間極短,可忽略,結(jié)論,7.粒子獲得的最大動(dòng)能只與加速器的半徑R和磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān)，與加速電壓U無關(guān)。,例3：關(guān)于回旋加速器的工作原理，下列說法正確的是：,,,,,例4：垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)僅限于寬度為d的條形區(qū)域內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的粒子以一定的速度垂直于磁場(chǎng)邊界方向從α點(diǎn)垂直飛入磁場(chǎng)區(qū)，如圖所示，當(dāng)它飛離磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)θ角．試求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t．,三、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,,,,四、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況研究,1、找圓心：方法2、定半徑：3、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：,,注意：θ用弧度表示,,,,,30,1.圓心在哪里?2.軌跡半徑是多少?,思考,,O,B,,v,例3：,r=d/sin30o=2d,r=mv/qB,t=（30o/360o）T=T/12,T=2πm/qB,T=2πr/v,小結(jié)：,,r,t/T=30o/360o,,A,,,,,=30,v,qvB=mv2/r,t=T/12=πm/6qB,3、偏轉(zhuǎn)角=圓心角,1、兩洛倫茲力的交點(diǎn)即圓心,2、偏轉(zhuǎn)角：初末速度的夾角。,4.穿透磁場(chǎng)的時(shí)間如何求？,3、圓心角θ=?,θ,f,f,如圖，虛線上方存在無窮大的磁場(chǎng)，一帶正電的粒子質(zhì)量m、電量q、若它以速度v沿與虛線成300、900、1500、1800角分別射入，請(qǐng)你作出上述幾種情況下粒子的軌跡、并求其在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。,例：有界磁場(chǎng)中粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的確定,,,,,入射角300時(shí),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,入射角1500時(shí),,,,,粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱規(guī)律：從同一直線邊界射入的粒子，從同一邊界射出時(shí)，速度與邊界的夾角相等。,1、兩個(gè)對(duì)稱規(guī)律：,五、臨界問題,例：長為L的水平極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示，磁感強(qiáng)度為B，板間距離也為L，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m，電量為q的帶正電粒子（不計(jì)重力），從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁感線以速度v水平射入磁場(chǎng)，欲使粒子不打在極板上，可采用的辦法是：（）A．使粒子的速度v5BqL/4mC．使粒子的速度v>BqL/mD．使粒子速度BqL/4m下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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