高中物理 带电粒子在匀强磁场中的运动件 新人教版选修3

1、一一. .带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动 当带电粒子当带电粒子q以速度以速度v垂直进入匀强磁垂直进入匀强磁场中，它将做什么运动场中，它将做什么运动? 带电粒子将在垂直于磁场的带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动平面内做匀速圆周运动 。亥姆霍兹线圈亥姆霍兹线圈电电 子子 枪枪磁场强弱选择挡磁场强弱选择挡加速电压加速电压选择挡选择挡 通过威通过威尔逊云室尔逊云室显示的正显示的正负电子在负电子在匀强磁场匀强磁场中的运动中的运动径迹径迹 通过格通过格雷塞尔气雷塞尔气泡室显示泡室显示的带电粒的带电粒子在匀强子在匀强磁场中的磁场中的运动径迹运动径迹rvmBqv2Bqmvr 1

2、速度特征：速度特征： 2半径特征：半径特征： 速度大小不变，而方向随时间变化。速度大小不变，而方向随时间变化。 3 周期特征：周期特征：BqmvrT22周期周期T T与运动速度及运动半径无关。与运动速度及运动半径无关。 例题例题 一个质量为一个质量为m、电荷量为、电荷量为q的粒子，从容器的粒子，从容器下方的小孔下方的小孔S1飘入电势差为飘入电势差为U的加速电场，其初速度的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过几乎为零，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。上。（1）求粒子进入磁场时的

3、速率。）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。）求粒子在磁场中运动的轨道半径。怎样才能得到能量很高的粒子呢怎样才能得到能量很高的粒子呢?（1）静电力做功：）静电力做功：Ek=qu 困难：技术上不能产困难：技术上不能产 生过高电压生过高电压（2）多级加速器）多级加速器 困难：加速设备长困难：加速设备长回旋加速器：回旋加速器：用磁场控制轨迹，用电场进行加速用磁场控制轨迹，用电场进行加速加速电压为：加速电压为：解决上述困难的一个途径是把加速电场解决上述困难的一个途径是把加速电场“卷起来卷起来”交变电压交变电压金属金属D形盒有什么作用？形盒有什么作用？为什么不用陶瓷盒？为什么不用

4、陶瓷盒？思考：思考：思考与讨论思考与讨论说明：说明：D形盒和盒间电场都应该在真空中形盒和盒间电场都应该在真空中局限性：局限性：（1）D形盒半径不能无限增大形盒半径不能无限增大（2）受相对论效应制约，质量随速度）受相对论效应制约，质量随速度而增大，周期而增大，周期T变化。变化。被加速粒子的最大速度决定于什么？被加速粒子的最大速度决定于什么？ 1931 1931年，加利福尼亚大学的劳年，加利福尼亚大学的劳 伦斯提出了一个卓越的思想，通伦斯提出了一个卓越的思想，通 过磁场的作用迫使带电粒子沿着过磁场的作用迫使带电粒子沿着 磁极之间做螺旋线运动磁极之间做螺旋线运动, ,把长长把长长 的电极像卷尺那样卷

5、起来，发明的电极像卷尺那样卷起来，发明 了回旋加速器，第一台直径为了回旋加速器，第一台直径为27cm27cm的回旋的回旋 回速器投入运行，它能将质子回速器投入运行，它能将质子 加速到加速到1Mev1Mev。 19391939年劳伦斯获诺贝尔年劳伦斯获诺贝尔 物理奖。物理奖。 已知回旋加速器中已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应形盒内匀强磁场的磁感应强度大小为强度大小为B，D形盒的半径为形盒的半径为r.今将质量为今将质量为m、电量为电量为q的质子从间隙中心处由静止释放，求粒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动能表达式子在加速器内加速后所能达到的最大动能表达式. 假设已知磁感应强度假设已知磁感应强度B=1T，D形盒的半径为形盒的半径为r= 60 cm.质子质量为质子质量为m1.661027kg、电量、电量为为q= 1.61019C，则粒子在加速器内加速后所，则粒子在加速器内加速后所能达到的最大动能值为多少能达到的最大动能值为多少Mev? 如果尽量增强回旋加速器的