带电粒子在匀强磁场中运动课件[可修改版ppt]

得圆形径迹的直径为D= 80.0mm，请估算电子的比荷 。（答案保留
2位有效数字）
解：
加速器
问题1：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”。那么 怎样才能产生这些高能炮弹呢？
设计方案：多级加速器
带电粒子在匀强磁 场中运动课件
当磁铁靠近 电视会怎样
【知识回顾】
1、洛伦兹力产生的条件？
2、洛伦兹力的大小和方向如何确定？
3、洛伦兹力有什么特点？
思考： 射入匀强磁场中的带电 粒子将做怎样的运动呢 ？
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：
×××B××
-v
×××××
B
×××××
2、原理
1）、两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝 隙有交变电场。
2）、交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运 动的周期。
已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应 强度大小为B，D形盒的半径为r.今将质量为m、 电量为q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速度表达式.
3）、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。
把粒子加速到一定的能量。
例与练
4、回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心的部分是分
别与高频交流电极相连的两个D形金属盒。两盒间的狭缝中形
成的周期性变化的电场，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的匀强磁场中，如图所示。要增
BD 大带电粒子射出的动能，则下列说法中正确的是（
）
A.增大匀强电场间的加速电压 B.增大磁场的磁感应强度B C.减少狭缝间的距离 D.增大D形金属盒的半径
返回
粒子获得最大速度
R mv m qB
vm
qBR m
粒子获得最大动能
Ekm
1 2
mvm2
(qBR )2 2m
与加速电压无关！
费米实验室环形加速器
——美国伊利诺斯州
如果尽量增强回旋加速器的磁场或加大D 形盒半径，我们是不是就可以使带电粒子获 得任意高的能量吗？
3、由于侠义相对论的限制，回旋加速器只能
Ø加速器中的径迹为直线，其加速装置要很长很长
多级加速器
大加 学利 的佛 粒尼 子亚 加斯 速坦 器福
问题2：有没有什么办法可以让带电粒子在 加速后又转回来被第二次加速，如此反复“ 转圈圈”式地被加速，加速器装置所占的空 间不是会大大缩小吗？
设计方案：回旋加速器
回旋加速器的原理
1、作用：产生高速运动的粒子
(1)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
质谱仪
通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子 的比荷或质量及分析同位素的仪器.
阿斯顿
阿斯顿是英国物理学家，他长 期从事同位素和质谱的研究。他首 次制成了聚焦性能较高的质谱仪， 并用此来对许多元素的同位素及其 丰度进行测量，从而肯定了同位素 的普遍存在。同时根据对同位素的 研究，他还提出了元素质量的整数 法则。因此他荣获了1922年的诺 贝尔化学奖。
小结:
带电粒子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动
洛伦兹力提供向心力
1)圆半径r
qvB
m
v2 r
r mv qB
半径r跟速率v成正比.
2)周期T
T
2
v
r
T 2m
qB
周期T跟圆半径r和速率v均无关.
作业布置 课后作业1、2、3
【实验验证 】
洛伦兹力 演示仪
亥姆霍兹线圈
电子枪
加速电压 选择挡
磁场强弱选择挡
拓展：
v与
B不垂直
v// vcoθs vvsiθn
u 粒子的轨迹是一条螺旋线
思考与讨论
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 的圆半径，与粒子的速度、磁场的磁感应 强度有什么关系？
• 什么力提供带电粒子做匀 速圆周运动的向心力？
××+××v×
一、运动形式
×××××
1、带电粒子平行射入匀强磁场时 匀速直线运动。
2、带电粒子平行射入匀强磁场时做什么运动
【推理与猜想】
（1）v ⊥时B，洛伦兹力的方向与速度方向的
关系

——垂直
（2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒 子的速率变化么？能量呢？
（3）洛伦兹力如何变化？
（4）你猜想垂直于匀强磁场方向射入的带 电粒子可能做什么运动？
提出问题：能否从气泡
室中带电粒子的径迹得到启 发，设计一个仪器，将比荷 不同、初速度几乎为零带电 粒子分开？
设计方案：设一个质量为m、电荷量为q的 粒子,从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加 速电场,其初速度几乎为零,然后经过S3沿着与 磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁 场中,最后打到照相底片D上.求：
D.沿路径b运动,轨迹半径越来越小 r m v qB
例与练
2（、有13 H三）种和粒α子粒，子分（别是24H质e ）子束（，如11 P果）它、们氚以核相、 同的速度沿垂直于磁场方向射入匀强磁场（磁 场方向垂直纸面向里），在下图中，哪个图正
C 确地表示出这三束粒子的运动轨迹？（ ）
1 1
P
r mv qB
• 向心力的计算公式是什么？
带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周动
1、圆周运动的半径
R mv qB
2、圆周运动的周期
T 2 m qB
思考：周期与速度、半径什么关系？
通过格雷塞尔气泡室显示的带电粒子在匀 强磁场中的运动径迹
• 1.不同带电粒子 的径迹半径为什 么不一样？
• 2.同一条径迹上 为什么曲率半径 会越来越小呢？
r m q
例与练
3、两个励磁线圈中每一线圈为N =140匝，半径为R= 140 mm，两线
圈内的电流方向一致，大小相同为I= 1.00A，线圈之间距离正好等于
圆形线圈的半径，在玻璃泡的区域内产生的磁场为匀强磁场，其磁感
应强度
（特斯拉）。灯丝发出的电子经过加速电压为
U=125V的电场加速后，垂直磁场方向进入匀强磁场区域，通过标尺测
Francis William Aston 1877－1945
例与练
1、水平导线中有电流I通过，导线正下方的
电子初速度的方向与电流I的方向相同，则电
子将（ B）
I b
·····
A.沿路径a运动,轨迹是圆
v ·····
B.沿路径a运动,轨迹半径越来越大 · · ·a · · C.沿路径a运动,轨迹半径越来越小