(精品課件)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)

1、問題：微觀的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中（不計(jì)重力），粒子將做怎樣的運(yùn)動(dòng)？軌道半徑和運(yùn)動(dòng)周期 軌道半徑 r ，洛倫茲力提供向心力： 由：得：在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的帶電粒子，軌道半徑跟運(yùn)動(dòng)速率成正比周期T與運(yùn)動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)半徑無關(guān)。亥姆霍茲線圈電 子 槍磁場強(qiáng)弱選擇擋加速電壓選擇擋驗(yàn)證：（1）洛倫茲力演示儀勵(lì)磁線圈（亥姆霍茲線圈）：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)磁場加速電場：作用是改變電子束出射的速度電子槍：射出電子洛倫茲力演示儀（2）工作原理： 由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管的低壓水銀蒸汽發(fā)出輝光，顯示出電子的徑跡。（3）實(shí)驗(yàn)演示a、不加磁場時(shí)觀察電子束的徑跡b、給勵(lì)磁線圈通

2、電，觀察電子束的徑跡c、保持初射電子的速度不變，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，觀察電子束徑跡的變化d、保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，改變出射電子的速度，觀察電子束徑跡的變化（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論沿著與磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。磁場強(qiáng)度不變，粒子射入的速度增加，軌道半徑也增大。粒子射入速度不變，磁場強(qiáng)度增大，軌道半徑減小。通過威爾遜云室顯示的正負(fù)電子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)徑跡通過格雷塞爾氣泡室顯示的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)徑跡 一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為的粒子，從容器下方的小孔S1飄入電勢(shì)差為U的加速電場，然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場中，最后打到照相底片D上求：(1)

3、求粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速率(2)求粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑粒子初速度為零粒子經(jīng)電場加速質(zhì)譜儀1、質(zhì)譜儀是測量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具2、基本原理將質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場加速再垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，由于粒子動(dòng)量不同，引起軌跡半徑不同而分開，進(jìn)而分析某元素中所含同位素的種類3、推導(dǎo)粒子初速度為零粒子經(jīng)電場加速1加速原理：利用加速電場對(duì)帶電粒子做正功使帶電粒子的動(dòng)能增加，qU=Ek2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：加速器(一)、直線加速器 由動(dòng)能定理得帶電粒子經(jīng)n極的電場加速后增加的動(dòng)能為 3直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間范圍內(nèi)制造直線加速器受

4、到一定的限制回旋加速器 11932年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，實(shí)現(xiàn)了在較小的空間范圍內(nèi)進(jìn)行多級(jí)加速2工作原理：利用電場對(duì)帶電粒子的加速作用和磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的偏轉(zhuǎn)作用來獲得高能粒子，這些過程在回旋加速器的核心部件兩個(gè)D形盒和其間的窄縫內(nèi)完成。 1931年，加利福尼亞大學(xué)的勞倫斯斯提出了一個(gè)卓越的思想，通過磁場的作用迫使帶電粒子沿著磁極之間做螺旋線運(yùn)動(dòng),把長長的電極像卷尺那樣卷起來，發(fā)明了回旋加速器，第一臺(tái)直徑為27cm的回旋加速器投入運(yùn)行，它能將質(zhì)子加速到1Mev。1939年勞倫斯獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。U回旋加速器(1)磁場的作用：帶電粒子以某一速度垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后，并在洛倫茲力作

5、用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其周期和速率、半徑均無關(guān)，帶電粒子每次進(jìn)入D形盒都運(yùn)動(dòng)相等的時(shí)間（半個(gè)周期）后平行電場方向進(jìn)入電場中加速(2)電場的作用：回旋加速器的兩個(gè)D形盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩D形盒正對(duì)截面的勻強(qiáng)電場，帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時(shí)被加速(3)交變電壓：為了保證帶電粒子每次經(jīng)過窄縫時(shí)都被加速，使之能量不斷提高，須在窄縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)周期相同的交變電壓帶電粒子的最終能量 當(dāng)帶電粒子的速度最大時(shí)，其運(yùn)動(dòng)半徑也最大，由r=mv/qB得v= rqB/m，若D形盒的半徑為R，則帶電粒子的最終動(dòng)能： 所以，要提高加速粒子的最終能量，應(yīng)盡可能增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒的半徑R 如果盡量增強(qiáng)回旋加速器的磁場或加大D形盒半徑，我們是不是就可以使帶電粒子獲得任意高的能量嗎？ 思考本課小結(jié)一、帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)平行磁感線進(jìn)入：做勻速直線運(yùn)動(dòng)垂直磁感線進(jìn)入：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)半徑：Rmv