0308带电粒子在匀强磁场中的运动基础

1、带电粒子在匀强磁场中的运动,提出问题,沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做什么运动？,猜想与假设,实验验证,电子枪,玻璃泡,励磁线圈,无磁场,实验验证,有磁场,实验现象：在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的轨迹是直线；在管外加上垂直初速度方向的匀强磁场，电子的轨迹变弯曲成圆形。,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,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。,1、轨道半径,（周期跟轨道半径和运动速率均无关）,温馨提示：此处需要做笔记,2、运行周期,由：,例1、如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，有a、b两个电子从同一处沿垂直磁感线方向开始运动

2、，a的初速度为v，b的初速度为2v则 Aa先回到出发点 Bb先回到出发点 Ca、b的轨迹是一对内切圆，且b的半径大 Da、b的轨迹是一对外切圆，且b的半径大,例2、一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一个匀强磁场，粒子后段轨迹如图所示，轨迹上的每一小段都可近似看成是圆弧.由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减少(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b到a，带正电 C.粒子从a到b，带负电 D.粒子从b到a，带负电,温馨提示：此处需要做笔记,例4、一带电粒子在磁感强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，如它又顺利进入另一磁感强度为2B的匀强磁场中仍做匀速圆周运

3、动，则 A、粒子的速率加倍，周期减半 B、粒子的速率不变，轨道半径减半 C、粒子的速率减半，轨道半径变为原来的 1/4 D、粒子速率不变，周期减半,质谱仪是一种分析同位素、测定带电粒子比荷及测定带电粒子质量的重要工具。,二、质谱仪,质谱仪的示意图,二、质谱仪,例7、质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断 A、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大 B、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小 C、只

4、要x相同，则离子质量一定相同 D、只要x相同，则离子的荷质比一定相同,三、回旋加速器,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”。产生高能“炮弹”的“工厂”就是各种各样的粒子加速器。,三、回旋加速器,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，qU=Ek,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：,（一）直线加速器,3.困难：技术上不能产生过高电压；加速设备长。,三、回旋加速器,（一）直线加速器,（二）回旋加速器,解决上述困难的一个途径是把加速电场“卷起来”，用

5、磁场控制轨迹，用电场进行加速。,回旋加速器的核心部分是形金属盒，两形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源(如质子、氘核或 粒子源等)。在两形盒间接上交流电源于是在缝隙里形成一个交变电场。形盒装在一个大的真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，这磁场的方向垂直于形盒的底面。,三、回旋加速器,原理：电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。,回旋周期： ，与半径、速度的大小无关。,离盒时粒子的最大动能：,与加速电压无关，由半径决定。,温馨提示：此处需要做笔记,三、回旋加速器,回旋加速器的局限性,（1）D形盒半径不能无限增大,（2）受相对论效应制约，质量随速度而增大，周期T变化。,此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量，为此1939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖.,三、回旋加速器,三、回旋加速器,例10、关系回旋加速器，下列说法正确的是 A电场和磁场都是用来加速粒子的 B电场用来加速粒子，磁场仅使粒子做圆周运动 C粒子经加速后具有的最大动能与加速电压值有关 D为了是粒子不断获得加速，粒子圆周运动的周期等于交流电的半周期,课堂小结,一、带电粒子在匀强磁场中运动 洛不做功，粒子做匀速圆周运动 二