10.带电粒子在磁场中的运动.ppt

复习： 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、洛伦兹力对运动电荷做功如何？ 射入匀强磁场中的带电粒子将做怎样的运动呢？ 思考： 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态，？ （重力不计） 问题1： 匀速直线运动 1、理论分析 如图所示，螺线管两端加上交流电压，沿着螺线管轴线方向有一电子射入，则该电子在螺线管内将做( ) A．加速直线运动???? B．匀速直线运动 C．匀速圆周运动?????D．简谐运动 问题2： 带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？ （重力不计） （2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速度大小和方向是否变化？ （1）洛伦兹力的方向与速度方向有何关系？ （3）带电粒子是否会离开由粒子的初速度和洛伦兹力决定的平面？ 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 理论分析 沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动 实验验证 （1）洛伦兹力演示仪 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。 实验验证 （1）洛伦兹力演示仪 ③励磁线圈（亥姆霍兹线圈）：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场 ②加速电场：作用是改变电子束出射的速度 ①电子枪：射出电子 实验演示 a、不加磁场时观察电子束的径迹 b、给励磁线圈通电，观察电子束的径迹 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 问题： 推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径r和运动周期T，与粒子的速度v和磁场的强度B的关系表达式 1）、圆周运动的半径 2）、圆周运动的周期 说明: 1、轨道半径和粒子的运动速率成正比。 2、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运动速率无关。 实验演示 a、保持初射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化 b、保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束径迹的变化 实验结论 ①沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。 ②磁场强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径也增大。 ③粒子射入速度不变，磁场强度增大，轨道半径减小。 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，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（如图） （1）求粒子进入磁场 是的速率。 （2）求粒子在磁场中 运动的轨道半径。 （一）、质谱仪 测量带电粒子的质量 分析同位素 二、实际应用 二、实际应用 （二）、回旋加速器 1、作用：产生高速运动的粒子 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。 3）、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。 3、注意 1、带电粒子在匀强磁场中的运动周期 跟运动速率和轨道半径无关，对于一定的带电粒子和一定的磁感应强度来说，这个周期是恒定的。 2、交变电场的往复变化周期和粒子的运动周期T相同，这样就可以保证粒子在每次经过交变电场时都被加速。 3、由于侠义相对论的限制，回旋加速器只能把粒子加速到一定的能量。 回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的直径为d，用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求： （1） 粒子的回转周期是多大？ （2）高频电极的周期为多大？ （3） 粒子的最大动能是多大？ （4） 粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径之比