36带电粒子在匀强磁场中的运动

第三章《磁场》第六节《带电粒子在匀强磁场中的运动》3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定磁场中的带电粒子一般可分为两类：1、带电的基本粒子：如电子，质子，α粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和洛仑磁力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。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：-Bv+v×××××××××××××××××××××××××B一、运动形式1、匀速直线运动。2、励磁线圈(亥姆霍兹线圈)电子枪磁场强弱选择挡加速电压选择挡洛伦兹力演示器如果带电粒子射入匀强磁场时,初速度方向与磁场方向垂直,粒子仅在洛伦兹力的作用下将作什么运动?一.带电粒子在匀强磁场中的运动当带电粒子q以速度v垂直进入匀强磁场中，它将做什么运动?带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动。1、圆周运动的半径mvRqB2、圆周运动的周期2mTqB2vqvBmR2RTv思考：周期与速度、半径什么关系？粒子运动方向与磁场有一夹角（大于0度小于90度）轨迹为螺线通过威尔逊云室显示的正负电子在匀强磁场中的运动径迹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带电粒子在磁场中运动情况研究•1、找圆心：方法•2、定半径：•3、确定运动时间：Tt2qBmT2注意：θ用弧度表示几何法求半径向心力公式求半径利用v⊥R利用弦的中垂线例题: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。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.质谱仪原理分析:1、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，由于粒子动量不同，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4、推导212qUmv加速：12mvRdqB偏转：1122mURdBq2.构造：由加速电场、速度选择器、偏转磁场组成～直线加速器粒子在每个加速电场中的运动时间相等，因为交变电压的变化周期相同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：加速器（一）、直线加速器由动能定理得带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为：)(321nkUUUUqE3．直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制．二、回旋加速器1．1932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．2．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。回旋加速器2．回旋加速器回旋加速器两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。粒子回旋的周期不随半径改变。让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一致，从而保证粒子始终被加速。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：mRBqEm2222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．为什么带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关？解析：加速电压越高，带电粒子每次加速的动能增量越大，回旋半径也增加越多，导致带电粒子在D形盒中的回旋次数越少；反之，加速电压越低，粒子在D形盒中回旋的次数越多，可见加速电压的高低只影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出时的速度和相应的动能，由mRBqEm2222可知，增强B和增大R可提高加速粒子的最终能量，与加速电压高低无关．1.在磁场中做圆周运动,周期不变2.电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同3.粒子加速的最大速度由盒的半径决定结论