带电粒子在匀强磁场中运动

带电粒子在匀强磁场中运动第一页，共四十一页，2022年，8月28日亥姆霍兹线圈电子枪磁场强弱选择挡加速电压选择挡洛伦兹力演示器实验：第二页，共四十一页，2022年，8月28日第三页，共四十一页，2022年，8月28日②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①加速电场：作用是改变电子束出射的速度第四页，共四十一页，2022年，8月28日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：匀速直线运动FF=0一、带电粒子在匀强磁场中的运动（重力不计）匀速圆周运动粒子运动方向与磁场有一夹角（大于0度小于90度）轨迹为螺线第五页，共四十一页，2022年，8月28日+第六页，共四十一页，2022年，8月28日一、带电粒子运动轨迹的半径匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径与哪些因素有关？思路:带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。可见r与速度V、磁感应强度B、粒子的比荷有关第七页，共四十一页，2022年，8月28日例1：一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场．粒子的一段径迹如下图所示．径迹上的每一小段都可近似看成圆弧．由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电量不变)．从图中情况可以确定A．粒子从a到b，带正电B．粒子从a到b，带负电C．粒子从b到a，带正电D．粒子从b到a，带负电C第八页，共四十一页，2022年，8月28日-e2v................BT=2πm/eB例

2、匀强磁场中，有两个电子分别以速率v和2v沿垂直于磁场方向运动，哪个电子先回到原来的出发点？两个电子同时回到原来的出发点运动周期和电子的速率无关轨道半径与粒子射入的速度成正比v-e两个电子轨道半径如何？第九页，共四十一页，2022年，8月28日二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期有何特征？可见同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关回旋加速器就是根据这一特点设计的

第十页，共四十一页，2022年，8月28日例1．一个带负电粒子（质量为m，带电量为q），以速率v在磁感应强度为B的匀强磁场中做逆时针圆周运动（沿着纸面），则该匀强磁场的方向为垂直于纸面向里还是向外？粒子运转所形成的环形电流的大小为多大？-m，qvF=qvB................B匀强磁场的方向为垂直于纸面向外I=q/tI=q/TT=2π（mv/qB）/vI=q/T=q2B/2πm第十一页，共四十一页，2022年，8月28日1.一束带电粒子以同一速度，并从同一位置进入匀强磁场，在磁场中它们的轨迹如图所示.粒子q1的轨迹半径为r1，粒子q2的轨迹半径为r2，且r2＝2r1，q1、q2分别是它们的带电量.则q1带___电、q2带____电，荷质比之比为q1/m1:q2/m2

＝___________.r1r2v2:1正负解:r=mv/qB∴q/m=v/Br∝1/r∴q1/m1:q2/m2=r2/r1=2:1返回第十二页，共四十一页，2022年，8月28日2.如图所示，水平导线中有稳恒电流通过，导线正下方电子初速度方向与电流方向相同，其后电子将()

(A)沿a运动，轨迹为圆；(B)沿a运动，曲率半径越来越小；(C)沿a运动，曲率半径越来越大；(D)沿b运动，曲率半径越来越小.bvaIC3.质子和氘核经同一电压加速，垂直进入匀强磁场中，则质子和氘核的动能E1、E2，轨道半径r1、r2的关系是()(A)E1＝E2，r1＝r2；(B)E1＝E2，r1＜r2；(C)E1＝E2，r1＞r2；(D)E1＜E2，r1＜r2.B返回第十三页，共四十一页，2022年，8月28日

可见半径不同意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子这就是质谱仪的工作原理第十四页，共四十一页，2022年，8月28日一、质谱仪原理分析1、质谱仪:是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具2、工作原理将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场，由于粒子质量不同，引起轨迹半径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素的种类第十五页，共四十一页，2022年，8月28日质谱仪的两种装置⑴带电粒子质量m,电荷量q,由电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场,设轨道半径为r,则有：NUOMB可得⑵带电粒子质量m,电荷量q,以速度v穿过速度选择器(电场强度E，磁感应强度B1),垂直进入磁感应强度为B2的匀强磁场.设轨道半径为r,则有：MB2EB1NqE=qvB1可得：均可测定荷质比第十六页，共四十一页，2022年，8月28日1.加速器的种类有哪些?2.各自是如何实现对带电粒子加速的?3.各有什么优缺点?阅读课本P101

思考下列问题第十七页，共四十一页，2022年，8月28日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。二.加速器直线加速器+U+++第十八页，共四十一页，2022年，8月28日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：二.加速器直线加速器第十九页，共四十一页，2022年，8月28日～直线加速器粒子在每个加速电场中的运动时间相等，因为交变电压的变化周期相同第二十页，共四十一页，2022年，8月28日斯坦福大学的加速器多级直线加速器有什么缺点？第二十一页，共四十一页，2022年，8月28日直线加速器

利用加速电场对带电粒子做正功,使带电的粒子动能增加，即

qU=ΔEk②直线加速器的多级加速：教材图3.6-5所示的是多级加速装置的原理图，由动能定理可知，带电粒子经n级的电场加速后增加的动能，ΔEk=q（U1+U2+U3+U4+…Un）③直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间内制造直线加速器受到一定的限制。P1图3.6-5多级加速器P2P3P4P5P6一级二级三级n级…①加速原理：第二十二页，共四十一页，2022年，8月28日回旋加速器第二十三页，共四十一页，2022年，8月28日1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步．为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖．第二十四页，共四十一页，2022年，8月28日第二十五页，共四十一页，2022年，8月28日回旋加速器第二十六页，共四十一页，2022年，8月28日回旋加速器1、作用：产生高速运动的粒子2、原理用磁场控制轨道、用电场进行加速+-+-~第二十七页，共四十一页，2022年，8月28日回旋加速器第二十八页，共四十一页，2022年，8月28日回旋加速器第二十九页，共四十一页，2022年，8月28日交变回旋加速器交变电压的周期TE=粒子在磁场中运动的周期TB第三十页，共四十一页，2022年，8月28日Dv=？UB解：当粒子从D形盒出口飞出时，粒子的运动半径=D形盒的半径回旋加速器第三十一页，共四十一页，2022年，8月28日Dv=？UB回旋加速器第三十二页，共四十一页，2022年，8月28日问题6：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大，EK

就可以无限制增大呢?回旋加速器第三十三页，共四十一页，2022年，8月28日美国费米实验室加速器第三十四页，共四十一页，2022年，8月28日2.交变电场的周期和粒子的运动周期

T相同----保证粒子每次经过交变电场时都被加速1.粒子在匀强磁场中的运动周期不变

回旋加速器问题归纳第三十五页，共四十一页，2022年，8月28日3.带电粒子每经电场加速一次,回旋半径就增大一次,每次增加的动能为4.粒子加速的最大速度由盒的半径决定问题归纳第三十六页，共四十一页，2022年，8月28日周期与速度和轨道半径无关带电粒子做匀速圆周运动的周期公式,带电粒子的周期在q、m、B不变的情况下与速度和轨道半径无关。因而圆运动周长也将与v成正比例地增大，如果其他因素(q、m、B)不变,则当速率v加大时,得知圆运动半径将与v成正比例地增大,由因此运动一周的时间（周期）仍将保持原值。第三十七页，共四十一页，2022年，8月28日最终能量粒子运动半径最大为D形盒的半径R带电粒子经加速后的最终能量：由有所以最终能量为讨论：要提高带电粒子的最终能量，应采取什么措施？回旋加速器加速的带电粒子,能量达到25MeV～30MeV后，就很难再加速了。第三十八页，共四十一页，2022年，8月28日１.关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是：A、电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋B、电场和磁场同时用来加速带电粒子C、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由加速电压决定D、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由磁感应强度B决定和加速电压决定(A)第三十九页，共四十一页，2022年，8月28日06年广东东莞中学高考模拟试题88．回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的匀强电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速．两D形金属盒处于垂直于盒底面的匀强磁场中，如图所示，设匀强磁场的磁感应强度为B，D形金属盒的半径为R，狭缝间的距离为d，匀强电场间的加速电压为U，要增大带电粒子（电荷量为q质量为m，不计重力）射出时的动能，则下列方法中正确的是：()A．增大匀强电场间的加速电压B．减小狭缝间的距离 C．增大磁场的磁感应强度D．增大D形金属盒的半径dRBU解：CD第四十页，共四十一页，2022年，8月28日北京正负电子对撞机：撞出物质奥秘

大科学装置的存在和应用水平，是一个国家科学技术发展的具象。它如同一块巨大的磁铁，能够集聚智慧，构成一个多学科阵地。作为典型的大科学装置，北京正负电子对撞机的