第6节带电粒子在匀强磁场中的运动课件gai（参考）.ppt

(1)只有当带电粒子以垂直于磁场的方向射入匀强磁场中时，带电粒子才能做匀速圆周运动，两个条件缺一不可． (2)垂直进入匀强磁场的带电粒子，它的初速度和所受洛伦兹力的方向都在跟磁场垂直的平面内，没有任何作用使粒子离开这个平面，所以粒子只能在这个平面内运动． 1．结构：质谱仪由静电加速电极、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成．(如图) 3．质谱仪的应用 质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计的，他用质谱仪首先发现了氖20和氖22的质谱线，证实了同位素的存在． 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. 后来经过多次改进，质谱仪已经成了一种十分精密的测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具． (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 1、直线加速器(多级加速器) 由动能定理得带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为： (3)目前已经建成的直线加速器有几千米甚至几十千米长．各加速区的两板之间用独立电源供电.直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制． 2、回旋加速器 1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在较小的空间范围内进行多级加速． (1)构造：如下图所示，回旋加速器主要由以下几部分组成：①粒子源；②两个D形盒；③匀强磁场；④高频电源；⑤粒子引出装置；⑥真空容器． (1)洛伦兹力永远不做功，磁场的作用是让带电粒子“转圈圈”，电场的作用是加速带电粒子． (2)两D形盒窄缝所加的是与带电粒子做匀速圆周运动周期相同的交流电，且粒子每次过窄缝时均为加速电压. 回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每穿过狭缝时都得到加速，两盒放在匀强磁场B中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rmax，其运动轨迹 如图所示．问： (1)盒内有无电场？ (2)粒子在盒内做何种运动？ (3)所加交流电频率应是多少？粒子角速度为多大？ (4)粒子离开加速器时速度为多大，最大动能为多少？ (5)设两D形盒间电场的电势差为U，盒间距离为d，其电场均匀，求加速到上述能量所需时间． 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，要增大带电粒子射出时的动能，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 C．减小狭缝间的距离 D．增大D形金属盒的半径 答案：BD 1．如图所示，带负电的粒子以速度v从粒子源P处射出，若图中匀强磁场范围足够大(方向垂直纸面)，则带电粒子的可能轨迹是(　　) A．a　　 B．b　　 C．c　　 D．d 课 堂 巩 固 训 练 答案：BD 2．在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又顺利垂直进入另一磁感应强度是原来磁感应强度2倍的匀强磁场，则(　　) A．粒子的速率加倍，周期减半 B．粒子速率不变，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 答案：BD 3．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示．这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是(　　) A．离子由加速器的中心附近进入加速器 B．离子由加速器的边缘进入加速器 C．离子从磁场中获得能量 D．离子从电场中获得能量 AD 4．如图所示的正方形盒子开有a、b、c三个微孔，盒内有垂直纸面向里的匀强磁场．一束速率不同的带电粒子(质量、电量均相同，不计重力)从a孔沿垂直磁感线方向射入盒中，发现从c孔和b孔有粒子射出，试分析下列问题： (1)判断粒子的电性； (2)从b孔和c孔射出的粒子速率之比v 1∶ v 2； (3)它们在盒内运动时间之比t1∶t2. 答案：(1)负电　(2)1∶2　(3)2∶1 第6节　带电粒子在匀强磁场中的运动 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 结论： 带电粒子垂直进入磁场中，粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动，此洛伦兹力不做功。 工作原理：由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹。 实验现象：在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场，电