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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,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,S,1,飘入电势差为,U,的加速电场,其初速度几乎为零,然后经过,S,3,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,18771945,1,、,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,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,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。,已知回旋加速器中,D,形盒内匀强磁场的磁感应强度大小为,B,，,D,形盒的半径为,r,.,今将质量为,m,、电量为,q,的质子从间隙中心处由静止释放，求粒子在加速器内加速后所能达到的最大速度表达式,.,返回,粒子获得最大速度,粒子获得最大动能,与加速电压无关！,费米实验室环形加速器,美国伊利诺斯州,如果尽量增强回旋加速器的磁场或加大,D,形盒半径，我们是不是就可以使带电粒子获得任意高的能量吗？,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。,4、回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心的部分是分,别与高频交流电极相连的两个,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,大带电粒子射出的动能，则下列说法中正确的是（）,例与练,A.,增大匀强电场间的加速电压,B.,增大磁场的磁感应强度,B,C.,减少狭缝间的距离,D.,增大,D,形金属盒的半径,BD,1),圆半径,r,2),周期,T,小结,:,2,v,qvB m,r,=,2,r,T,v,p,=,半径,r,跟速率,v,成正比,.,周期,T,跟圆半径,r,和速率,v,均无关,.,带电粒子,垂直射入,匀强磁场,做,匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,作业,布置,课后作业1、2、3,欢迎指导,谢谢大家,
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