高中物理 带电粒子在磁场中的运动精品课件 新人教选修3.ppt

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1、带电粒子在磁场中的运动2021/8/11 星期三11、带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？、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、洛伦兹力的计算公式为_，为为_方向与方向与_方向的夹角，当方向的夹角，当=90时，时，F=_；当；当=0时，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），同时洛伦兹力的大小也_（选填（选填变大、变小或不变），洛伦兹力方向与速度方向始终变大、变小或不变），洛伦兹力方向与速度方向始终_。不一定F=qvBsin

2、 磁感应强度电流qvB0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、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强磁场中做 什么运动？为什么？什么运动？为什么？复习复习2021/8/11 星期三2亥姆霍兹线圈亥姆霍兹线圈电电 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洛伦兹力演示器洛伦兹力演示器2021/8/11 星期三3实验表明：带带电电粒粒子子只只受受洛洛伦伦兹兹力力作作用用（重重力力通通常常忽忽略略不不计计）的的条条件件下下，在在匀匀强强磁磁场场中中有有两两种种典型的运动：典型的运动：1v平行平行B时，做匀速直线运动

3、时，做匀速直线运动2v垂直垂直B时，做匀速圆周运动时，做匀速圆周运动洛洛伦伦兹兹力力提提供供了了带带电电粒粒子子做做匀匀速速圆圆周周运运动动所需的向心力所需的向心力 2021/8/11 星期三4一、轨道半径和运动周期 1 1轨道半径轨道半径 r r ，洛伦，洛伦兹力提供向心力：兹力提供向心力：由：在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电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粒子，轨道半径跟运动速率成正比2021/8/11 星期三52 2运动周期运动周期T T 由：周期跟轨道半径和运动速率均无关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在磁场一定时取决于带电粒子

4、比荷2021/8/11 星期三6思考：若带电离子与磁场成一定的角度射思考：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？入匀强磁场，粒子如何运动？VV1V2B2021/8/11 星期三7 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，从容器下的粒子，从容器下方的小孔方的小孔S1飘入电势差为飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过为零，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为度为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

5、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。(3)若若11H，21H，31H经加速偏转后打在经加速偏转后打在ABC中的某点，中的某点，那么各自应该在哪个位置那么各自应该在哪个位置?A B CA B C2021/8/11 星期三8二质谱仪二质谱仪原理分析原理分析2 2、质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具、质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具3 3、基本原理、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，入同一匀强磁

6、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进而分析某元素中所含同位素的种类1、推导推导11H在在C处，处，21H在在B处，处，31H在在A处处2021/8/11 星期三91 1加速原理：利用加速电场对带电粒子做加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，正功使带电粒子的动能增加，qU=qU=E Ek k2 2直线加速器，多级加速直线加速器，多级加速如图所示是多级加速装置的原理图：如图所示是多级加速装置的原理图：三三 加速器加速器（一）、直线加速器（一）、直线加速器2021/8/11 星期三10回旋加速器 19321932年年美美国国物物理理学

7、学家家劳劳伦伦斯斯发发明明了了回回旋旋加加速速器器，实实现现了了在在较较小小的的空空间范围内进行多级加速间范围内进行多级加速2021/8/11 星期三11回旋加速器回旋加速器1 1、作用：产生高速、作用：产生高速运动的粒子运动的粒子2 2、原理原理提示提示1 1）两）两D D形盒中匀强形盒中匀强磁场有什么作用？磁场有什么作用？3 3）交变电场的周期为什么等于）交变电场的周期为什么等于粒子做匀速圆周运动的周期。粒子做匀速圆周运动的周期。2 2）盒间缝隙交变电场有什么）盒间缝隙交变电场有什么作用？作用？2021/8/11 星期三12工作原理：利用电场对带电粒子的工作原理：利用电场对带电粒子的加速作

8、用和磁场对运动电荷的偏转加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件回旋加速器的核心部件两个两个D形盒和其间的窄缝内完成。形盒和其间的窄缝内完成。2021/8/11 星期三13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 2021/8/11 星期三14欧洲核子研究中心（以下简称欧洲核子研究中心（以下简称CERN），成立于），成立于1954年，是世界上最大的年，是世界上

9、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。）具有观察员身份。CERN拥有世界上能量最高的粒子对撞机拥有世界上能量最高的粒子对撞机大型强子对撞机（大型强子对撞机（LargeHadronCollider，简称，简称LHC），并于），并于2008年年9月

10、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。日正式启动运行，成为世界粒子物理研究的能量最前沿。粒子加速能量级别粒子加速能量级别1TeV=1012eV2021/8/11 星期三15北京正负电子对撞机简称北京正负电子对撞机简称:BEPC 北京正负电子对撞机是世北京正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一。界八大高能加速器中心之一。北京正负电子对撞机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）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。由长大科技基础设施。由长202米的直线加速器、输运线、周米的直线加速器、输运线、周长长240米的圆型加速器（

11、也称储存环）、高米的圆型加速器（也称储存环）、高6米重米重500吨的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，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。外型象一只硕大的羽毛球拍。粒子加速能量级别粒子加速能量级别2.5GeV=2.5 109eV2021/8/11 星期三16小结一一.带电粒子垂直进入匀强磁场后做匀速圆周运动，半径带电粒子垂直进入匀强磁场后做匀速圆周运动，半径 周期周期二二.质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具三三.回旋加速器利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对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。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=q2B2R2/2m2021/8/11 星期三17谢谢！2021/8/11 星期三182021/8/11 星期三19