物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动课件新人教版选修3-1

3.6带电粒子在匀强磁场中的运动物理新人教版选修3-1ks5u精品课件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。ks5u精品课件洛伦兹力演示仪工作原理：由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹。两个平行的通电环形线圈可产生沿轴线方向的匀强磁场ks5u精品课件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.带电粒子在匀强磁场中的运动1、当V∥B，匀速直线运动。2、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?ks5u精品课件一.带电粒子在匀强磁场中的运动2.当V⊥B，带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动。ks5u精品课件rvmBqv2Bqmvr速度大小不变，而方向随时间变化。BqmvrT22周期T与运动速度及运动半径无关。ks5u精品课件3.粒子运动方向与磁场有一夹角（大于0度小于90度）轨迹为螺线当υ与B夹一般角度时，由于可以将υ正交分解为υ∥和υ⊥（分别平行于和垂直于）B，因此电荷一方向以υ∥的速度在平行于B的方向上做匀速直线运动，另一方向以υ⊥的速度在垂直于B的平面内做匀速圆周运动。ks5u精品课件例题：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，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ks5u精品课件二.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2.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3.推导212qUmv加速：12mvRdqB偏转：1122mURdBqks5u精品课件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ks5u精品课件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．ks5u精品课件(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。ks5u精品课件U(二)回旋加速器ks5u精品课件（1）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，并在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期和速率、半径均无关，带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场中加速．（2）电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速．（3）交变电压：为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高，须在窄缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压．ks5u精品课件(4)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．ks5u精品课件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．ks5u精品课件小结：回旋加速器利用两D形盒窄缝间的电场使带电粒子加速，利用D形盒内的磁场使带电粒子偏转，带电粒子所能获得的最终能量与B和R有关，与U无关．ks5u精品课件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？思考本课总结：一、带电粒子在磁场中的运动平行磁感线进入：做匀速直线运动垂直磁感线进入：做匀速圆周运动半径：R＝mvqB周期：T＝2πmqB二、质谱仪：研究同位素（测荷质比）的装置由加速电场、速度选择器、偏转磁场组成三、回旋加速器：使带电粒子获得高能量的装置由D形盒、高频交变电场等组成