带电粒子在磁场中的运动第2课时精要.ppt

关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是：A．电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋B．电场和磁场同时用来加速带电粒子C．同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由加速电压决定D．同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由磁感应强度B决定和加速电压决定 * 带电粒子在磁场中的运动 第2课时 带电粒子在磁场中运动轨迹、圆心、半径的确定 v 圆心的确定 O v O Ａ v v O α Ｂ θ θ φ 半径和时间的确定 α=φ=2θ P P P M M M θ θ o o o v v v ta=T/2 θ θ 对称性：斜进斜出 3．带电粒子在不同边界磁场中的运动 (1)直线边界(进出磁场具有对称性， 如下图) (2)平行边界(存在临界条件，如下图) 例4．长为L，间距也为L的两平行金属板间有垂直向里的匀强磁场，如图所示，磁感强度为B。今有质量为m、带电量为q的正离子从平行板左端中点以平行于金属板的方向射入磁场，欲使离子不打在极板上，入射离子的速度大小应满足什么样的条件？ 此类题目往往有“恰好”“最大”“最高”“至少”等词语，关键方法是：找准临界点。借助半径R和速度v(或磁场B)之间的约束关系进行动态运动轨迹分析，确定轨迹圆和边界的关系，找出临界点，然后利用数学方法求解极值。 解：粒子恰从左边界出去，由几何关系得r1=L/4 由牛顿第二定律 得 粒子恰从右边界出去，由几何关系得 由牛顿第二定律 得 入射离子的速度大小应满足 或 (3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出) 磁偏转角半角的正切为： D 【巩固训练】 一个质量为m，电荷量为q的带电粒子从x轴上的P(a，0)点以速度v，沿与x正方向成60o的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限。求磁感应强度B和射出点S的坐标。 y x v v P B S O a 解：由几何关系 得 60° 由牛顿第二定律 得 点S的纵坐标 ∴点S的坐标 回旋加速器 质谱仪 基本原理 原理图 装置 　　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，由于粒子速度不同，引起轨迹半径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素的种类 用途：质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离同位素的仪器． 产生高速运动粒子 带电粒子在组合场中运动的应用实例 例题 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。 （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 回旋加速器 + - + - ~ vm （1）电场对粒子加速（狭缝）。 （2）磁场对粒子偏转（D形盒）。 （3）匀速圆周运动周期与运动速率无关、加速电场周期与圆周运动周期相同。(经过狭缝的加速时间很短可忽略) （4）粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。 （5）由于狭义相对论的限制，回旋加速器只能把粒子加速到一定的能量。 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源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，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。设D形盒半径为R。若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f。则下列说法正确的是（ ） A．质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR B．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关 C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值 D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子 AB 有限制 加速电场周期与粒子运动周期不等 A 例7．如图所示，一个质量为m，电量为+q的带电粒子从A处以初速度v0垂直于AO进入磁感应强度为B的匀强磁场中，并恰好从C处垂直于OC射入匀强电场中，电场方向与OC平行(OC AD)，最后打在D点，且OD=2OC，若已知m，q，v0，B，不计重力。 （1）粒子由A点运动到D点所需时间为多少？ （2）试求粒子抵达D点的动能。 解：（1）粒子由A点运动到C点做匀速圆周运动 由牛顿第二定律 及 得 粒子由C点运动到D点：2r=v0t2 得 ∴粒子由A点运动到D点所需时间 （2）粒子由C点运动到D点： 由动能定理 得D点动能 磁流体发电机 速度选择器 基本原理 原理图 装置 E和B确定，当带电粒子满足v=E/B，必做匀速直线运动，与粒子所带电量和电性无关 不仅能选择速度的大小，还能选择速度的方向 等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电，两极电压为U时稳定。 带电粒子在复合