1、3.6帶電粒子 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),問題1:帶電粒子平行射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?,問題2:帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?,勻速直線運(yùn)動(dòng),1)帶電粒子僅在洛倫茲力的作用下,粒子的速度大小有沒有變化?,2)洛倫茲力如何變化?,勻速圓周運(yùn)動(dòng),一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),工作原理:由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管的低壓水銀蒸汽發(fā)出輝光,顯示出電子的徑跡,勵(lì)磁線圈:,電子槍與加速電場(chǎng),構(gòu)造:,洛 倫 茲 力 演 示 儀,1.沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做,實(shí)驗(yàn)結(jié)論:,一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),3.磁場(chǎng)強(qiáng)度不變,粒子射入的速度增加,軌道

2、半徑,4.粒子射入速度不變,磁場(chǎng)強(qiáng)度增大,軌道半徑,2.洛倫茲力提供了帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的,勻速圓周運(yùn)動(dòng),向心力,增大,減小,1）圓周運(yùn)動(dòng)的半徑,2）圓周運(yùn)動(dòng)的周期,問題3:推導(dǎo)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓半徑r和運(yùn)動(dòng)周期T,與粒子的速度v和磁場(chǎng)的強(qiáng)度B的關(guān)系表達(dá)式,一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),例題：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(shì)差為U的加速電場(chǎng),其初速度幾乎為零,然后經(jīng)過S3沿著與磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,最后打到照相底片D上. (1)求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率 (2)求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑,D,A,U,S1,S2,S3,B,1

3、.構(gòu)造,帶電粒子注入器,速度選擇器（E、B1),照相底片,加速電場(chǎng)（U）,偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（B2),二、質(zhì)譜儀,.質(zhì)譜儀: 最初是由湯姆生的學(xué)生阿斯頓設(shè)計(jì)的，現(xiàn)已成為一種精密儀器，是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具,2.質(zhì)譜儀工作原理,帶電粒子經(jīng)加速電場(chǎng)：,帶電粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：,帶電粒子經(jīng)速度選擇器:,由上可得：,3、是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具,三、粒子加速器,方案一：利用電場(chǎng)加速,可知電壓越高，粒子獲得的能量越高，速度越大，但電壓不可能無限制地提高（為什么？）,（直線加速）,為了認(rèn)識(shí)原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu),方案二：多級(jí)電場(chǎng)加速,世界上最大的直線加速器：,世界上最長(zhǎng)的直線加速器位于美國(guó)

4、斯坦福大學(xué)一座毫不起眼的灰色建筑群內(nèi)。美國(guó)斯坦福大學(xué)直線加速器實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們?cè)@得過三次諾貝爾獎(jiǎng)，他們目前正在收集首個(gè)科學(xué)證據(jù)，通過對(duì)撞正電子與電子，證明宇宙中的物質(zhì)比反物質(zhì)更多。這個(gè)龐然大物長(zhǎng)約3公里 。,美國(guó)斯坦福大學(xué)直線加速器,在直線加速器末端，600噸重的電磁石坐落在龐大的建筑物終端站A的地面，它被用來改變加速器射出的高能粒子束路徑。在磁鐵工作時(shí)，電阻會(huì)產(chǎn)生大量熱量，周圍的橙色管起到冷卻、散熱的作用。,三、加速器（回旋加速器）,1、作用：產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)的粒子,1932年美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，實(shí)現(xiàn)了在較小的空間范圍內(nèi)進(jìn)行多級(jí)加速,2工作原理：利用電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速作用和磁

5、場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的偏轉(zhuǎn)作用來獲得高能粒子,歐洲核子研究中心的這臺(tái)加速器全長(zhǎng)約27公里長(zhǎng)， 就建在瑞士和法國(guó)邊境地下100米深的環(huán)形隧道內(nèi)。,3、注意,1)交變電場(chǎng)的往復(fù)變化周期和粒子的運(yùn)動(dòng)周期T相同,這樣就可以保證粒子在每次經(jīng)過交變電場(chǎng)時(shí)都被加速,三、加速器（回旋加速器）,2)帶電粒子每經(jīng)電場(chǎng)加速一次,回旋半徑就增大一次,每次增加的動(dòng)能為,所以各次半徑之比為,3)帶電粒子在回旋加速器中飛出的速度為,四、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況,1、找圓心：,1)可以通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)作垂直于入射方向和出射方向的直線,交點(diǎn)就是軌跡的圓心,2)可以通過入射點(diǎn)作入射方向的垂線,連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn),作其連線的中垂線, 交

6、點(diǎn)就是圓弧的圓心,C,O,圓心一定在與速度方向垂直的直線上,3)在圓周與割線的兩個(gè)交點(diǎn)上速度與割線的夾角相等,2、定半徑：,(2)幾何法求半徑:,(1)向心力公式求半徑:,3、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：,注意：用弧度表示,如圖中,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（ ）,課 堂 練 習(xí),v,a,b,I,A.沿路徑a運(yùn)動(dòng),軌跡是圓 B.沿路徑a運(yùn)動(dòng),軌跡半徑越來越大 C.沿路徑a運(yùn)動(dòng),軌跡半徑越來越小 D.沿路徑b運(yùn)動(dòng),軌跡半徑越來越小,B,如圖所示,一束電子(電量為e)以速度V垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng),穿透磁場(chǎng)時(shí)的速度與電子原來的入射方向的夾角為300.求: (1)電子的質(zhì)量m (2)電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t,d,B,e,v,課 堂 練 習(xí),課 堂 練 習(xí),如圖所示,一帶正電粒子質(zhì)量為m,帶電量為q,從隔板ab上一個(gè)小孔P處與隔板成45角垂直于磁感線射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū),粒子初速度大小為v,則 (1)粒子經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間再次到達(dá)隔板？ (2)到達(dá)點(diǎn)與P點(diǎn)相距多遠(yuǎn)？(不計(jì)粒子的重力),長(zhǎng)為L(zhǎng)的水平極板間,有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng),如圖所示,磁場(chǎng)強(qiáng)度為B,板間距離也為L(zhǎng),板