高二物理课件人教选修三 带电粒子在磁场中的运动

欢迎进入物理课堂 带电粒子在磁场中的运动 1 带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力 2 洛伦兹力的计算公式为 为 方向与 方向的夹角 当 90 时 F 当 0 时 F 3 沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子 它的速率 选填变大 变小或不变 同时洛伦兹力的大小也 选填变大 变小或不变 洛伦兹力方向与速度方向始终 不一定 F qvBsin 磁感应强度 电流 qvB 0 垂直 不变 不变 4 当带电粒子的初速度方向与磁场方向平行或垂直时 粒子在匀强磁场中做什么运动 为什么 复习 洛伦兹力演示器 实验表明 带电粒子只受洛伦兹力作用 重力通常忽略不计 的条件下 在匀强磁场中有两种典型的运动 1 v平行B时 做匀速直线运动2 v垂直B时 做匀速圆周运动洛伦兹力提供了带电粒子做匀速圆周运动所需的向心力 一 轨道半径和运动周期 1 轨道半径r 洛伦兹力提供向心力 由 在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子 轨道半径跟运动速率成正比 2 运动周期T 由 周期跟轨道半径和运动速率均无关 在磁场一定时取决于带电粒子比荷 思考 若带电离子与磁场成一定的角度射入匀强磁场 粒子如何运动 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 3 若11H 21H 31H经加速偏转后打在ABC中的某点 那么各自应该在哪个位置 ABC ABC 二质谱仪原理分析 2 质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具 3 基本原理 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 1 推导 11H在C处 21H在B处 31H在A处 1 加速原理 利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加 qU Ek 2 直线加速器 多级加速如图所示是多级加速装置的原理图 三加速器 一 直线加速器 回旋加速器 1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器 实现了在较小的空间范围内进行多级加速 回旋加速器 1 作用 产生高速运动的粒子 2 原理提示 1 两D形盒中匀强磁场有什么作用 3 交变电场的周期为什么等于粒子做匀速圆周运动的周期 2 盒间缝隙交变电场有什么作用 工作原理 利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子 这些过程在回旋加速器的核心部件 两个D形盒和其间的窄缝内完成 带电粒子的最终能量 当带电粒子的速度最大时 其运动半径也最大 由r mv qB得v rqB m 若D形盒的半径为R 则带电粒子的最终动能 所以 要提高加速粒子的最终能量 应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R 欧洲核子研究中心 以下简称CERN 成立于1954年 是世界上最大的粒子物理研究实验室 也是互联网的诞生地 位于日内瓦的西北部 在法国与瑞士边界的侏罗山脚下 该研究机构财力 技术力量雄厚 由德国 法国等20个成员国资助 欧洲委员会和联合国教科文组织 UNESCO 具有观察员身份 CERN拥有世界上能量最高的粒子对撞机 大型强子对撞机 LargeHadronCollider 简称LHC 并于2008年9月10日正式启动运行 成为世界粒子物理研究的能量最前沿 粒子加速能量级别1TeV 1012eV 北京正负电子对撞机简称 BEPC北京正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一 北京正负电子对撞机 BEPC 是我国第一台高能加速器 是高能物理研究的重大科技基础设施 由长202米的直线加速器 输运线 周长240米的圆型加速器 也称储存环 高6米重500吨的北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置等几部分组成 外型象一只硕大的羽毛球拍 粒子加速能量级别2 5GeV 2 5 109eV 小结 一 带电粒子垂直进入匀强磁场后做匀速圆周运动 半径周期二 质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具三 回旋加速器利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期 带电粒子的最终能量与D形盒半径有关Ek q2B2R2 2m 谢谢 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全