物帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)

物帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日復(fù)習(xí)回顧：1、洛倫茲力的方向2、洛倫茲力的大小——左手定則F⊥VF⊥BF=qvB第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日勵(lì)磁線圈電子槍磁場強(qiáng)弱選擇擋加速電壓選擇擋第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日一、洛侖茲力演示儀1．電子槍的作用：

；稀薄氣體的作用：

。2．參照課本P88的3.3-8圖說明勵(lì)磁線圈的原理以及它所產(chǎn)生的磁場的特點(diǎn)？發(fā)射電子顯示電子的徑跡兩個(gè)平行線圈中通入電流時(shí)，在兩個(gè)線圈之間產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場，磁場方向與兩個(gè)線圈中心的連線平行第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.線圈中的電流越大，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度越__。4.電子速度的大小與電子槍加速電壓的關(guān)系？大第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、不加磁場時(shí)電子束的徑跡________2、給線圈通電電子束的徑跡________3、保持出射電子的速度不變，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，觀察電子束徑跡的變化4、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B增大半徑減小速度增大半徑增大直線圓周第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日思考討論：1.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，它所受的洛侖茲力有何特點(diǎn)？對(duì)速度和動(dòng)能分別有何影響？2.沿著與磁場垂直的方向射入勻強(qiáng)磁場的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場中做什么運(yùn)動(dòng)？3.請(qǐng)推導(dǎo)出帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期。（參考P100思考與討論）第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日V-F洛V-F洛V-F洛V-F洛理論探究洛倫茲力時(shí)刻與速度垂直，永不做功，不改變速度和動(dòng)能的大小當(dāng)帶電粒子q以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場中，它將做勻速圓周運(yùn)動(dòng)第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日1、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑2、圓周運(yùn)動(dòng)的周期4.由上面推導(dǎo)出來的公式得：粒子的速度越大，半徑越

，周期

；磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，粒子運(yùn)動(dòng)的半徑越

，周期越

。大不變小小二.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日

通過氣泡室顯示的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)徑跡思考：為什么有的粒子的徑跡呈螺旋形？受阻力，速度減小，半徑減小第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日練習(xí)：在勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如果又順利垂直進(jìn)入另一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度是原來2倍的磁場中，則（）A.粒子的速率加倍，周期減半B.粒子速率不變，軌道半徑減半C.粒子速率減半，軌道半徑變?yōu)樵瓉淼?/4D.粒子速率不變，周期減半BD第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日

例題：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，其初速度幾乎為零，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B的勻強(qiáng)磁場中，最后打到照相底片D上。（1）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。第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日（1）電場加速，由動(dòng)能定理（2）粒子在磁場中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日

質(zhì)譜儀：最初由阿斯頓設(shè)計(jì)作用：測量帶點(diǎn)粒子的質(zhì)量和分析同位素由得三、質(zhì)譜儀第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日使帶電粒子不斷地加速以獲得很大能量的一種裝置叫做加速器。第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日1、直線加速器由于電壓的限制，所以一次加速后粒子獲得的能量較小，如何獲得較大的能量呢？qU△Ek=Uq第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日怎樣才能得到能量很高的粒子呢?2、多級(jí)加速器

第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日直線加速器

第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)改造后的直線加速器第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日直線加速器可使粒子獲得足夠大的能量．但它占地太長，能否既讓帶電粒子多次加速，獲得較高能量，又盡可能減少占地長度呢？第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日四、回旋加速器：用磁場控制軌跡，用電場進(jìn)行加速解決上述困難的一個(gè)途徑是把加速后的粒子再轉(zhuǎn)回來重新加速第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日

1931年，加利福尼亞大學(xué)的勞倫斯提出了一個(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的回旋回速器投入運(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)。第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日思考與討論1、被加速粒子的最大速度決定于什么？2、加速電場應(yīng)接什么樣的電壓？第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日思考與討論1、被加速粒子的最大速度決定于什么？2、加速電場應(yīng)接什么樣的電壓？D形盒的半徑交流電壓第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日直徑為10.2cm的第一臺(tái)回旋加速器。第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日近幾十年，加速器的能量每10年提高一個(gè)量級(jí)，加速器的尺寸由數(shù)米增加到數(shù)十公里。第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日目前世界上最大的回旋加速器在美國費(fèi)米加速實(shí)驗(yàn)室，環(huán)形管道的半徑為2公里。產(chǎn)生的高能粒子能量為5000億電子伏特。第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)是世界八大高能加速器中心之一.1988年10月16日，兩束正負(fù)電子在北京西郊一個(gè)羽毛球拍狀的巨型機(jī)器里成功對(duì)撞，揭開了我國高能物理研究的新篇章。第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日

諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者費(fèi)米曾在1954年提出環(huán)繞地球建一臺(tái)加速器的設(shè)想，稱為費(fèi)米的夢(mèng)。其能量可達(dá)數(shù)千TeV（十億）

費(fèi)米夢(mèng)想的加速器

有人建議沿我們的萬里長城建一臺(tái)加速器，其能量可達(dá)134TeV，這些都是夢(mèng)，要建造更高能量的加速器，必須在新技術(shù)、新原理方面進(jìn)行探索。第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日練習(xí)1：勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖，下列說法正確的是()A.離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器B.離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器C.離子從磁場中獲得能量D.離子從電場中獲得能量AD第三十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日練習(xí)2：已知回旋加速器中D形盒內(nèi)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，D形盒的半徑為r.今將質(zhì)量為m、電量為q的質(zhì)子從間隙中心處由靜止釋放，求粒子在加速器內(nèi)加速后所能達(dá)到的最大動(dòng)能表達(dá)式.

假設(shè)已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T，D形盒的半徑為r=60cm.質(zhì)子質(zhì)量為m＝1.66×10