《带电粒子在匀强磁场中运动》课件.ppt

* * * * * * * 带电粒子在匀强磁场中的运动 鹤壁高中 宋莉允 2013.10.22 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？ 射入匀强磁场中的带电粒子将做怎样的运动呢？ 思考： 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： 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） 时 ，洛伦兹力的方向与速度方向的关系 （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？ ——垂直 加速电压选择挡 磁场强弱选择挡 亥姆霍兹线圈 洛伦兹力演示仪 【实验验证】 电子枪 与 不垂直 拓展： 粒子的轨迹是一条螺旋线 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？ 思考与讨论 什么力提供带电粒子做匀速圆周运动的向心力？ 向心力的计算公式是什么？ 2、圆周运动的周期 思考：周期与速度、半径什么关系？ 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 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？ 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： (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。 Francis William Aston 1877－1945 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（ ） · · · · · · · · · · · · · · · v a b I A.沿路径a运动,轨迹是圆 B.沿路径a运动,轨迹半径越来越大 C.沿路径a运动,轨迹半径越来越小 D.沿路径b运动,轨迹半径越来越小 例与练 B 2、有三种粒子，分别是质子（　　）、氚核、（　　）和α粒子（　　）束，如果它们以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，哪个图正确地表示出这三束粒子的运动轨迹？（　　） 例与练 C 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） 例与练 解： 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？ 加速器 加速器中的径迹为直线，其加速装置要很长很长 设计方案：多级加速器 多级加速器 加利佛尼亚斯坦福大学的粒子加速器 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 * * * * * 分析：可以将这些带电粒子经过电场加速后射入磁场，根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径不同，从而可以将带电粒子分开。 * 分析：利用电场对带电粒子进行加速，加速电压越高，粒子获得的能量就越大。 * 分析：可以让带电粒子通过磁场做圆周运动，从而可以被第二次加速。 *