帶電粒子在磁場中運(yùn)動

1、帶電粒子平行射入勻強(qiáng)磁場會做什么運(yùn)動？帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場會做什么運(yùn)動？,思考:（不計(jì)帶電粒子的重力）,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動,猜想與假設(shè),,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？,1)圓半徑r,2)周期T,一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動,3、運(yùn)動規(guī)律,,半徑r跟速率v成正比.,周期T跟圓半徑r和速率v均無關(guān).,1、如圖,水平導(dǎo)線中有電流I通過,導(dǎo)線正下方的電子初速度方向與電流I方向相同,則電子

2、將( ),A.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,B,做一做,2 、 如圖所示，在加有非勻強(qiáng)磁場的區(qū)域中，一垂直于磁場方向射入的帶電粒子，軌跡如圖所示，從圖中可以看出（ ） ：,A帶電粒子帶正電，是從B點(diǎn)射入的B帶電粒子帶負(fù)電，是從B點(diǎn)射入的C帶電粒子帶負(fù)電，是從A點(diǎn)射入的D帶電粒子帶正電，是從A點(diǎn)射入的,,

3、,A,B,AC,,與 不垂直,拓展：,粒子的軌跡是一條螺旋線,1)圓半徑r,2)周期T,小結(jié):,半徑r跟速率v成正比.,周期T跟圓半徑r和速率v均無關(guān).,帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場做勻速圓周運(yùn)動,洛倫茲力提供向心力,“氣泡室”照片,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？,設(shè)計(jì)方案：設(shè)一個質(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

4、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)入磁場時的速率(2)求粒子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑,質(zhì)譜儀是一種分析同位素、測定帶電粒子比荷及測定帶電粒子質(zhì)量的重要工具。,二、質(zhì)譜儀,質(zhì)譜儀原理分析,1、質(zhì)譜儀是測量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具,2、基本原理,將質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場加速再垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，由于粒子質(zhì)量不同，引起軌跡半徑不同而分開，進(jìn)而分析

5、某元素中所含同位素的種類,3、推導(dǎo),,,,,早期的加速器只能使帶電粒子在高壓電場中加速一或兩次，因而粒子所能達(dá)到的能量受到高壓技術(shù)的限制。而且為了使帶電粒子達(dá)到很高的速度，必然要經(jīng)過多次加速，因此直線加速器得體積通常都較大,直線加速器,多級加速器,加利佛尼亞斯坦福大學(xué)的粒子加速器,2英里長的直線加速管,,2英里長的直線加速管,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,二、回旋加速器,,能不能建造一種加速器，在較小

6、的空間范圍內(nèi)讓粒子受到多次加速獲得所需要的能量呢？,直線加速器的缺點(diǎn)：,體積通常較大占地面積大,1931年，加利福尼亞大學(xué)的勞倫斯斯提出了一個卓越的思想，通過磁場的作用迫使帶電粒子沿著磁極之間做螺旋線運(yùn)動,把長長的電極像卷尺那樣卷起來，發(fā)明了回旋加速器，第一臺直徑為27cm的回旋加速器投入運(yùn)行，它能將質(zhì)子加速到1Mev。1939年勞倫斯獲諾貝爾物理獎。,,粒子獲得最大速度,粒子獲得最大動能,與加速電壓無關(guān)！,回旋加速器的特點(diǎn)：,加

7、速條件：,小結(jié),交變電流周期=粒子回轉(zhuǎn)周期,能量來源：,最終能量：,增加的動能來自加速電場,由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒的半徑R決定．與加速電壓U無關(guān)。,費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室環(huán)形加速器,——美國伊利諾斯州,北京正負(fù)電子對撞機(jī)：能使電子束能量達(dá)到3GeV左右,歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）是世界上最大的粒子加速器，建于瑞士和法國邊境地區(qū)地下100米深處的環(huán)形隧道中，隧道全長26.659公里。大型強(qiáng)子對撞機(jī)2003年開始修建，將近80個國家和地區(qū)的2000多