常见的(公开课)带电粒子在匀强磁场中的运动.ppt

[问题]：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。 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： 问题6：已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为U， 求:(1)从出口射出时，粒子的动能Ek=? (2)要增大粒子的最大动能可采取哪些措施? D V=？ U B 问题7： R越大，EK越大，是不是只要R不断增大， EK 就可以无限制增大呢? 实际并非如此．例如：用这种经典的回旋加速器来加速粒子，最高能量只能达到20MeV．这是因为当粒子的速率大到接近光速时，按照相对论原理，粒子的质量将随速率增大而明显地增加，从而使粒子的回旋周期也随之变化，这就破坏了加速器的同步条件． 2、交变电场的周期和粒子的运动周期T相同----保证粒子每次经过交变电场时都被加速 1、 粒子在匀强磁场中的运动周期不变 二、回旋加速器 小结 3、粒子加速的最大速度由盒的半径决定 为了获得更高能量的带电粒子，人们又继续寻找新的途径．例如，设法使交变电源的变化周期始终与粒子的回旋周期保持一致，于是就出现了同步回旋加速器．除此之外，人们还设计制造出多种其它的新型加速器．目前世界上最大的加速器已能使质子达到10000亿eV(106MeV)以上的能量． 美国费米实验室加速器 例1：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确的是( ) A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的 C、只有电场能对带电粒子起加速作用 D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动 CD 例2：质量为m、带电量为q的带电粒子在回旋加速器中央狭缝的正中间由静止释放，在电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动，设电场的加速电压为U，则粒子第一次做匀速圆周运动的轨道半径R0= ，粒子在磁场中的周期T= 。 交变电压的周期T=? 例3：一回旋加速器，可把质子加速到v，使它获得动能EK （1）能把α粒子加速到的速度为? （2）能把α粒子加速到的动能为? （3）加速α粒子的交变电场频率与加速质子的交变电场频率之比为? 本课小结： 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 平行磁感线进入：做匀速直线运动 垂直磁感线进入：做匀速圆周运动 半径：R＝ mv qB 周期：T＝ 2πm qB 二、应用： 1、质谱仪：研究同位素（测荷质比）的 装置 由加速电场、偏转磁场等组成 2、回旋加速器：使带电粒子获得高能量 的装置 由D形盒、高频交变电场等组成 复习 通电导线在磁场中所受到的安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。 1、什么是洛伦兹力？它与安培力的关系？ 洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的力 2、洛伦兹力的方向如何判定？ 洛伦兹力的方向由左手定则判定 （1）四指指正电荷的运动方向， 或指负电荷运动的反方向。 （2）洛伦兹力垂直于Β、 ν所在 的平面垂直。 3、洛伦兹力的大小如何计算？ （1）当电荷运动方向与磁场方向垂直（v⊥B）时， F洛=qvB. （2）当电荷运动方向与磁场方向平行（v // B)时， 电荷不受洛伦兹力. F洛=qvB F洛=0 运动形式 1、带电粒子平行射入匀强磁场----匀速直线运动。 2、带电粒子垂直射入匀强磁场 第三章 磁场 V - F洛 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? V - F洛 V - F洛 V - F洛 理论分析： F洛⊥B F洛⊥V 洛伦兹力总与速度方向垂直，不改变带电粒子的速度大小，所以洛伦兹力不对带电粒子做功。 运动形式 1、带电粒子平行射入匀强磁场----匀速直线运动。 2、带电粒子垂直射入匀强磁场---- 匀速圆周运动 励磁线圈 玻璃泡 选择开关 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 实验验证—洛伦兹力演示仪 电子枪 励磁线圈 电子枪 加速电场 洛伦兹力演示仪 V V f f 线圈未通电时，B=0 线圈通电时，B≠0 方向垂直线圈平面向里 模拟分析实验演示 1、带电粒子运动轨迹的半径 匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径与哪些因素有关？ 思路: 带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。 可见r与速度V、磁感应强度B、粒子的比荷有关 例1：一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场．粒子的一段径迹如下图所示．径迹上的每一小段都可近似看成圆弧．由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电量不变)．从图中情况可以确定 A．粒子从a到b，带正电 B．粒子从a到b，带负电 C．粒子从b到a，