宋莉允帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動課件第1頁，共32頁。宋莉允帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動課件第2頁，共32頁。當(dāng)磁鐵靠近電視會怎樣第3頁，共32頁?！局R回顧】1、洛倫茲力產(chǎn)生的條件？2、洛倫茲力的大小和方向如何確定？3、洛倫茲力有什么特點(diǎn)？射入勻強(qiáng)磁場中的帶電粒子將做怎樣的運(yùn)動呢？思考：第4頁，共32頁。判斷下圖中帶電粒子（電量q，重力不計(jì)）所受洛倫茲力的大小和方向：一、運(yùn)動形式1、帶電粒子平行射入勻強(qiáng)磁場時(shí)勻速直線運(yùn)動。2、帶電粒子平行射入勻強(qiáng)磁場時(shí)做什么運(yùn)動?第5頁，共32頁?！就评砼c猜想】（1）時(shí)，洛倫茲力的方向與速度方向的關(guān)系（2）帶電粒子僅在洛倫茲力的作用下，粒子的速率變化么？能量呢？（3）洛倫茲力如何變化？（4）你猜想垂直于勻強(qiáng)磁場方向射入的帶電粒子可能做什么運(yùn)動？——垂直第6頁，共32頁。加速電壓選擇擋磁場強(qiáng)弱選擇擋亥姆霍茲線圈洛倫茲力演示儀【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】電子槍第7頁，共32頁。第8頁，共32頁。

與不垂直拓展：粒子的軌跡是一條螺旋線第9頁，共32頁。

帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的圓半徑，與粒子的速度、磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度有什么關(guān)系？思考與討論什么力提供帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動的向心力？向心力的計(jì)算公式是什么？第10頁，共32頁。2、圓周運(yùn)動的周期思考：周期與速度、半徑什么關(guān)系？帶電粒子將在垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周動1、圓周運(yùn)動的半徑第11頁，共32頁。通過格雷塞爾氣泡室顯示的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動徑跡1.不同帶電粒子的徑跡半徑為什么不一樣？2.同一條徑跡上為什么曲率半徑會越來越小呢？第12頁，共32頁。提出問題：能否從氣泡室中帶電粒子的徑跡得到啟發(fā)，設(shè)計(jì)一個(gè)儀器，將比荷不同、初速度幾乎為零帶電粒子分開？第13頁，共32頁。設(shè)計(jì)方案：設(shè)一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子,從容器下方的小孔S1飄入電勢差為U的加速電場,其初速度幾乎為零,然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,最后打到照相底片D上.求：(1)求粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速率(2)求粒子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑第14頁，共32頁。質(zhì)譜儀通過測出粒子圓周運(yùn)動的半徑，計(jì)算粒子的比荷或質(zhì)量及分析同位素的儀器.第15頁，共32頁。阿斯頓

阿斯頓是英國物理學(xué)家，他長期從事同位素和質(zhì)譜的研究。他首次制成了聚焦性能較高的質(zhì)譜儀，并用此來對許多元素的同位素及其豐度進(jìn)行測量，從而肯定了同位素的普遍存在。同時(shí)根據(jù)對同位素的研究，他還提出了元素質(zhì)量的整數(shù)法則。因此他榮獲了1922年的諾貝爾化學(xué)獎。FrancisWilliamAston1877－1945第16頁，共32頁。1、水平導(dǎo)線中有電流I通過，導(dǎo)線正下方的電子初速度的方向與電流I的方向相同，則電子將（）···············vabIA.沿路徑a運(yùn)動,軌跡是圓B.沿路徑a運(yùn)動,軌跡半徑越來越大C.沿路徑a運(yùn)動,軌跡半徑越來越小D.沿路徑b運(yùn)動,軌跡半徑越來越小例與練B第17頁，共32頁。2、有三種粒子，分別是質(zhì)子（）、氚核、（）和α粒子（）束，如果它們以相同的速度沿垂直于磁場方向射入勻強(qiáng)磁場（磁場方向垂直紙面向里），在下圖中，哪個(gè)圖正確地表示出這三束粒子的運(yùn)動軌跡？（）例與練C第18頁，共32頁。3、兩個(gè)勵磁線圈中每一線圈為N=140匝，半徑為R=140mm，兩線圈內(nèi)的電流方向一致，大小相同為I=1.00A，線圈之間距離正好等于圓形線圈的半徑，在玻璃泡的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的磁場為勻強(qiáng)磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度（特斯拉）。燈絲發(fā)出的電子經(jīng)過加速電壓為U=125V的電場加速后，垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū)域，通過標(biāo)尺測得圓形徑跡的直徑為D=80.0mm，請估算電子的比荷。（答案保留2位有效數(shù)字）例與練第19頁，共32頁。解：第20頁，共32頁。問題1：要認(rèn)識原子核內(nèi)部的情況，必須把核“打開”進(jìn)行“觀察”。然而，原子核被強(qiáng)大的核力約束，只有用極高能量的粒子作為“炮彈”去轟擊，才能把它“打開”。那么怎樣才能產(chǎn)生這些高能炮彈呢？加速器第21頁，共32頁。加速器中的徑跡為直線，其加速裝置要很長很長設(shè)計(jì)方案：多級加速器第22頁，共32頁。多級加速器加利佛尼亞斯坦福大學(xué)的粒子加速器第23頁，共32頁。問題2：有沒有什么辦法可以讓帶電粒子在加速后又轉(zhuǎn)回來被第二次加速，如此反復(fù)“轉(zhuǎn)圈圈”式地被加速，加速器裝置所占的空間不是會大大縮小嗎？第24頁，共32頁。設(shè)計(jì)方案：回旋加速器回旋加速器的原理第25頁，共32頁。1、作用：產(chǎn)生高速運(yùn)動的粒子2、原理1）、兩D形盒中有勻強(qiáng)磁場無電場，盒間縫隙有交變電場。2）、交變電場的周期等于粒子做勻速圓周運(yùn)動的周期。3）、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半徑?jīng)Q定。已知回旋加速器中D形盒內(nèi)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，D形盒的半徑為r.今將質(zhì)量為m、電量為q的質(zhì)子從間隙中心處由靜止釋放，求粒子在加速器內(nèi)加速后所能達(dá)到的最大速度表達(dá)式.第26頁，共32頁。返回第27頁，共32頁。粒子獲得最大速度粒子獲得最大動能與加速電壓無關(guān)！第28頁，共32頁。費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室環(huán)形加速器——美國伊利諾斯州第29頁，共32頁。

如果盡量增強(qiáng)回旋加速器的磁場或加大D形盒半徑，我們是不是就可以使帶電粒子獲得任意高的能量嗎？

3、由于俠義相對論的限制，回旋加速器只能把粒子加速到一定的能量。第30頁，共32頁。4、回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心的部分是分別與高頻交流電極相連的兩個(gè)D形金屬盒。兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于