《3.6带电粒子在匀强磁场中的运动1剖析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3.6带电粒子在匀强磁场中的运动1剖析（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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：,一、运动形式,1、匀速直线运动。,2、,?,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?,1、圆周运动的半径,2、圆周运动的周期,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.,【巩固练习1】：氘
2、核和粒子，从静止开始经相同电场加速后，垂直进入同一匀强磁场作圆周运动.则这两个粒子的动能之比为多少？轨道半径之比为多少？周期之比为多少？,【巩固练习2】：一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场粒子的一段径迹如下图所示径迹上的每一小段都可近似看成圆弧由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电量不变)从图中情况可以确定,A粒子从a到b，带正电 B粒子从a到b，带负电 C粒子从b到a，带正电 D粒子从b到a，带负电,C,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,例：垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为d的条形区域内，磁感应强度为B一个质量为m、电量为q的粒子以一
3、定的速度垂直于磁场边界方向从点垂直飞入磁场区，如图所示，当它飞离磁场区时，运动方向偏转角试求粒子的运动速度v以及在磁场中 运动的时间t,结论： 轨迹所对应的圆心角等于速度偏转角，等于弦切角的2倍,如何解决带电粒子在磁场中运动的问题,1、找圆心：方法 2、定半径： 3、确定运动时间：,注意：用弧度表示,解决带电粒子在磁场中运动的问题方法总结：,1、如图所示，一束电子（电量为e)以速度V垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为300。求 : (1) 电子的质量m=? (2) 电子在磁场中的运动时间t=?,提示:关键是画出匀速圆周运动的 轨迹,利用几何
4、知识找出圆心及相 应的半径,从而找到圆弧所对应的 圆心角,30,O,B,v,r,A,=30,v,2、如图所示，在半径为R 的圆的范围内，有匀强磁场，方向垂直圆所在平面向里一带负电的质量为m电量为q粒子，从A点沿半径AO的方向射入，并从C点射出磁场AOC120o则此粒子在磁场中运行的时间t_(不计重力),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,斯坦福大学的加速器,多级直线加速器有什么缺点？,直线加速器,利用加速电场对带电粒子做正功,使带电的粒子动能增加， 即 qU =Ek,直线加速器的多级加速：,教材图3.6-5所示的是多级 加速装置的原理图，由动能定理可知，
5、带电粒子经n级的电场加速后增加的动能，,Ek=q（U1+U2+U3+U4+Un）,直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间内制造直线加速器受到一定的限制。,加速原理：,2回旋加速器,1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器， 从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖,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。,练习：回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的直径为d，用该回旋加速器加速质量
6、为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：,（1） 粒子的回转周期是多大？,（2）高频电极的周期为多大？,（3） 粒子的最大速度最大动能各是多大？,（4） 粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径之比,在磁场中做圆周运动,周期不变 每一个周期加速两次 交变电压的变化周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同 电场一个周期中方向变化两次 粒子加速的最大速度由盒的半径决定 电场加速过程中,时间极短,可忽略,结论,.关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是：,8回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的匀强电场，使粒子在
7、通过狭缝时都能得到加速两D形金属盒处于垂直于盒底面的匀强磁场中，如图所示，设匀强磁场的磁感应强度为B，D形金属盒的半径为R，狭缝间的距离为d，匀强电场间的加速电压为U，要增大带电粒子（电荷量为q质量为m，不计重力）射出时的动能，则下列方法中正确的是： ( ) A增大匀强电场间的加速电压 B减小狭缝间的距离 C增大磁场的磁感应强度 D增大D形金属盒的半径,解：,C D,四、霍尔效应,1879年霍耳发现，把一载流导体放在磁场中，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流二者垂直的方向上出现横向电势差，这一现象称之为霍耳现象。,霍尔效应,I=neSv=nedhv,eU/h=evB,U=IB/ned
8、=kIB/d,k是霍尔系数,练习（2000理科综合）如图所示厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A之间会产生电势差这种现象称为霍尔效应实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U=kIB/d 式中的比例系数K称为霍尔系数 霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流I是电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为
9、v， 电量为e回答下列问题：,（1）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势 下侧面A的电势（填：高于、低于或等于）。 (2)电子所受的洛仑兹力的大小为 。 (3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为 。 (4)由静电力和洛仑兹力平衡的条件，证明霍尔系数为k=1/ne其中n代表导体板单位体积中电子的个数,导学P98页第21题,第课时,带电粒子在无界匀强磁场中的运动,F洛=0 匀速直线运动,F洛=Bqv 匀速圆周运动,F洛=Bqv 等距螺旋（090）,在只有洛仑兹力的作用下,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：,注意：用弧度表示,1、
10、物理方法：,作出带电粒子在磁场中两个位置所受洛仑兹力，沿其方向延长线的交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。,2、物理和几何方法：,作出带电粒子在磁场中某个位置所受洛仑兹力，沿其方向的延长线与圆周上两点连线的中垂线的交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。,3、几何方法：,圆周上任意两点连线的中垂线过圆心圆周上两条切线夹角的平分线过圆心过切点作切线的垂线过圆心,1.如图，虚线上方存在无穷大的磁场，一带正电的粒子质量m、电量q、若它以速度v沿与虚线成300、600、900、1200、1500、1800角分别射入，请你作出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。,有界磁场问题：,入射角300时,
11、入射角1500时,粒子在磁场中做圆周运动的对称规律： 从同一直线边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。,1、两个对称规律：,临界问题,例：长为L的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁 场，如图所示，磁感强度为B，板间距离也为L，板 不带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子 （不计重力），从左边极板间中点处垂直磁感线以速 度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用 的办法是： （ ） A使粒子的速度v5BqL/4m C使粒子的速度vBqL/m D使粒子速度BqL/4mv5BqL/4m,例题讲解,练习、如图所示，在半径为r的圆形区域内，有一个匀强磁场，一带电粒子以速度v0从M点沿半径方向射入磁场区，并由N点射出，O点为圆心，MON=120，求粒子在磁场区的偏转半径R及在磁场区中的运动时间。（粒子重力不计）,
