物带电粒子在匀强磁场中的运动精.ppt

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1、物带电粒子在匀强磁场中的运动第1页，本讲稿共36页复习回顾：复习回顾：n1 1、洛伦兹力的方向、洛伦兹力的方向n2 2、洛伦兹力的大小、洛伦兹力的大小左手定则左手定则F V F BF=qvB第2页，本讲稿共36页励磁线圈励磁线圈电电 子子 枪枪磁场强弱选择挡磁场强弱选择挡加速电压加速电压选择挡选择挡第3页，本讲稿共36页一、洛仑兹力演示仪一、洛仑兹力演示仪1 1电子枪的作用：电子枪的作用：；稀薄气体的；稀薄气体的作用：作用：。2 2参照课本参照课本P88P88的的3.3-83.3-8图图说明励磁线圈的原理以及它说明励磁线圈的原理以及它所产生的磁场的特点？所产生的磁场的特点？发射电子发射电子显示

2、电子的径迹显示电子的径迹两个平行线圈中通入电流时，两个平行线圈中通入电流时，在两个线圈之间产生匀强磁在两个线圈之间产生匀强磁场，磁场方向与两个线圈中心场，磁场方向与两个线圈中心的连线平行的连线平行第4页，本讲稿共36页3.线圈中的电流越大，磁场的磁感应强度越线圈中的电流越大，磁场的磁感应强度越_。4.电子速度的大小与电子枪加速电压的关系？电子速度的大小与电子枪加速电压的关系？大大第5页，本讲稿共36页观察实验现象，记录实验结果观察实验现象，记录实验结果n1、不加磁场时电子束的径迹不加磁场时电子束的径迹_n2、给线圈通电电子束的径迹、给线圈通电电子束的径迹_n3、保持出射电子的速度不变，改变磁感

3、应强、保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化度，观察电子束径迹的变化n4、保持磁感应强度不变，改变出射电子的速、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度，观察电子束径迹的变化B增大半径减小增大半径减小速度增大半径增大速度增大半径增大直线直线圆周圆周第6页，本讲稿共36页思考讨论：思考讨论：1.1.带电粒子在匀强磁场中的运动时，它所受的洛仑带电粒子在匀强磁场中的运动时，它所受的洛仑兹力有何特点？对速度和动能分别有何影响？兹力有何特点？对速度和动能分别有何影响？2.2.沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场的带电粒子，沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场的带电粒子

4、，在匀强磁场中做什么运动？在匀强磁场中做什么运动？3.3.请推导出带电粒子在匀强磁场中作匀速圆周运请推导出带电粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动的半径和周期。（参考动的半径和周期。（参考P100P100思考与讨论）思考与讨论）第7页，本讲稿共36页V-F洛洛 V-F洛洛V-F洛洛V-F洛洛理论探究理论探究洛伦兹力时刻与速度垂直，永不做功，不改变速度洛伦兹力时刻与速度垂直，永不做功，不改变速度和动能的大小和动能的大小当带电粒子当带电粒子q以速度以速度v垂直进入匀强磁场中，垂直进入匀强磁场中，它将做匀速圆周运动它将做匀速圆周运动第8页，本讲稿共36页1、圆周运动的半径、圆周运动的半径2、圆周运动的周期

5、、圆周运动的周期4.4.由上面推导出来的公式得：粒子的速度越大，半径越由上面推导出来的公式得：粒子的速度越大，半径越 ，周期，周期 ；磁场的磁感应强度越大，粒子运动的半；磁场的磁感应强度越大，粒子运动的半径越径越 ，周期越，周期越 。大大不变不变小小小小二二.带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动第9页，本讲稿共36页 通过气通过气泡室显示泡室显示的带电粒的带电粒子在匀强子在匀强磁场中的磁场中的运动径迹运动径迹思考：为什么有的粒子的径迹呈螺旋形？思考：为什么有的粒子的径迹呈螺旋形？受阻力，速度减小，半径减小受阻力，速度减小，半径减小第10页，本讲稿共36页n练习：在匀强磁场中，一

6、个带电粒子做匀速圆周运动，练习：在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又顺利垂直进入另一个磁感应强度是原来如果又顺利垂直进入另一个磁感应强度是原来2倍的磁场倍的磁场中，则（中，则（）nA.粒子的速率加倍，周期减半粒子的速率加倍，周期减半nB.粒子速率不变，轨道半径减半粒子速率不变，轨道半径减半nC.粒子速率减半，轨道半径变为原来的粒子速率减半，轨道半径变为原来的1/4nD.粒子速率不变，周期减半粒子速率不变，周期减半BD第11页，本讲稿共36页 例题例题：一个质量为一个质量为m、电荷量为、电荷量为q的粒子，从容器下方的粒子，从容器下方的小孔的小孔S1飘入电势差为飘入电势差为U的加速电场

7、，其初速度几乎为零，的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为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，最后打到照相底片的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。上。（1）求粒子进入磁场时的速率。）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。）求粒子在磁场中运动的轨道半径。第12页，本讲稿共36页（1）电场加速，由动能定理）电场加速，由动能定理（2 2）粒子在磁场中作匀速圆周运动）粒子在磁场中作匀速圆周运动第13页，本讲稿共36页 质谱仪：最初由阿斯顿设计质谱仪：最初由阿斯顿设计作用：测量带点粒子的质量和分析同位作用：测量带点粒子

8、的质量和分析同位素素由由得得三、质谱仪三、质谱仪第14页，本讲稿共36页第15页，本讲稿共36页 使带电粒子不断地加速以获得很大使带电粒子不断地加速以获得很大能量的一种装置叫做能量的一种装置叫做加速器加速器。第16页，本讲稿共36页1、直线加速器、直线加速器 由于电压的限制，所以一次加速后粒由于电压的限制，所以一次加速后粒子获得的能量较小，如何获得较大的能量子获得的能量较小，如何获得较大的能量呢？呢？qUEk=Uq第17页，本讲稿共36页怎样才能得到能量很高的粒子呢怎样才能得到能量很高的粒子呢?2、多级加速器、多级加速器 第18页，本讲稿共36页直线加速器直线加速器 第19页，本讲稿共36页北

9、京正负电子对撞机改造后的直线加速器北京正负电子对撞机改造后的直线加速器 第20页，本讲稿共36页 直线加速器可使粒子获得足够大的直线加速器可使粒子获得足够大的能量但它占地太长，能否既让带电粒能量但它占地太长，能否既让带电粒子多次加速，获得较高能量，又尽可能子多次加速，获得较高能量，又尽可能减少占地长度呢？减少占地长度呢？第21页，本讲稿共36页四、回旋加速器：四、回旋加速器：用磁场控制轨迹，用磁场控制轨迹，用电场进行加速用电场进行加速解决上述困难的一个途解决上述困难的一个途径是把加速后的粒子再径是把加速后的粒子再转回来重新加速转回来重新加速第22页，本讲稿共36页 19311931年，加利福尼

10、亚大学的劳年，加利福尼亚大学的劳 伦斯提出了一个卓越的思想，通伦斯提出了一个卓越的思想，通 过磁场的作用迫使带电粒子沿着过磁场的作用迫使带电粒子沿着 磁极之间做螺旋线运动磁极之间做螺旋线运动,把长长把长长 的电极像卷尺那样卷起来，发明的电极像卷尺那样卷起来，发明 了回旋加速器，第一台直径为了回旋加速器，第一台直径为27cm27cm的回旋的回旋 回速器投入运行，它能将质子回速器投入运行，它能将质子 加速到加速到1Mev1Mev。19391939年劳伦斯获诺贝尔年劳伦斯获诺贝尔 物理奖。物理奖。第23页，本讲稿共36页第24页，本讲稿共36页思考与讨论思考与讨论1、被加速粒子的最大速度、被加速粒子

11、的最大速度 决定于什么？决定于什么？2、加速电场应接什么样的、加速电场应接什么样的 电压？电压？第25页，本讲稿共36页第26页，本讲稿共36页思考与讨论思考与讨论1、被加速粒子的最大速度、被加速粒子的最大速度 决定于什么？决定于什么？2、加速电场应接什么样的、加速电场应接什么样的 电压？电压？D形盒的半径形盒的半径交流电压交流电压第27页，本讲稿共36页直径为直径为10.2cm10.2cm的第一台回旋加速器。的第一台回旋加速器。第28页，本讲稿共36页近几十年，加速器的能量每近几十年，加速器的能量每1010年提高一个量级，加速器的尺寸由年提高一个量级，加速器的尺寸由数米增加到数十公里。数米增

12、加到数十公里。第29页，本讲稿共36页 目前世界上最大的回旋加速器在美国费米目前世界上最大的回旋加速器在美国费米加速实验室，环形管道的半径为加速实验室，环形管道的半径为2公里。产生的公里。产生的高能粒子能量为高能粒子能量为5000亿电子伏特。亿电子伏特。第30页，本讲稿共36页 北京正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之北京正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一一.1988.1988年年1010月月1616日，两束正负电子在北京西郊一个羽日，两束正负电子在北京西郊一个羽毛球拍状的巨型机器里成功对撞，揭开了我国高能物理毛球拍状的巨型机器里成功对撞，揭开了我国高能物理研究的新篇章。研究的新篇

13、章。第31页，本讲稿共36页 诺贝尔物理奖获得者费米曾诺贝尔物理奖获得者费米曾在在19541954年提出环绕地球建年提出环绕地球建一台加速器的设想，称为一台加速器的设想，称为费米的梦。其能量可达数费米的梦。其能量可达数千千TeVTeV（十亿）（十亿）费米梦想的加速器费米梦想的加速器 有人建议沿我们的万里长有人建议沿我们的万里长城建一台加速器，其能量城建一台加速器，其能量可达可达134TeV134TeV，这些都是梦，这些都是梦，要建造更高能量的加速器，要建造更高能量的加速器，必须在新技术、新原理方面必须在新技术、新原理方面进行探索。进行探索。第32页，本讲稿共36页练习练习1：劳伦斯制成了世界上

14、第一台：劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图，下列说回旋加速器，其原理如图，下列说法正确的是法正确的是()A.离子由加速器的中心附近进入加速器离子由加速器的中心附近进入加速器B.离子由加速器的边缘进入加速器离子由加速器的边缘进入加速器C.离子从磁场中获得能量离子从磁场中获得能量D.离子从电场中获得能量离子从电场中获得能量AD第33页，本讲稿共36页 练习练习2：已知回旋加速器中：已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应形盒内匀强磁场的磁感应强度大小为强度大小为B，D形盒的半径为形盒的半径为r.今将质量为今将质量为m、电量、电量为为q的质子从间隙中心处由静止释放，求粒子在加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动能表达式速器内加速后所能达到的最大动能表达式.假设已知磁感应强度假设已知磁感应强度B=1T，D形盒的半径为形盒的半径为r=60 cm.质子质量为质子质量为m1.661027kg、电量为、电量为q=1.61019C，则粒子在加速器内加速后所能达到的，则粒子在加速器内加速后所能达到的最大动能值为多少最大动能值为多少ev?第34页，本讲稿共36页课堂小结：课堂小结：n1 1、粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动、粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动2、质谱仪、质谱仪3、回旋加速器、回旋加速器第35页，本讲稿共36页第36页，本讲稿共36页