粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)(PPT)

1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 猜想與假設(shè)猜想與假設(shè)F洛洛F洛洛F洛洛F洛洛亥姆霍茲線圈亥姆霍茲線圈電電 子子 槍槍磁場(chǎng)強(qiáng)弱選擇擋磁場(chǎng)強(qiáng)弱選擇擋加速電壓加速電壓選擇擋選擇擋洛倫茲力演示器洛倫茲力演示器實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：勵(lì)磁線圈：作用是能在兩線圈之間產(chǎn)生平行于作用是能在兩線圈之間產(chǎn)生平行于兩線圈中心的連線的勻強(qiáng)磁場(chǎng)兩線圈中心的連線的勻強(qiáng)磁場(chǎng)加速電場(chǎng)：作用是改變電子束出射的速度判斷下圖中帶電粒子（電量判斷下圖中帶電粒子（電量q q，重力不計(jì)）所受洛倫茲力的大小和，重力不計(jì)）所受洛倫茲力的大小和方向：方向： - B v + v B 勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)FF=0一、一、 帶電粒子在

2、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（重力不計(jì)）帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（重力不計(jì)）勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)有一夾角（大于粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)有一夾角（大于0度小于度小于90度）度）軌跡為螺線軌跡為螺線+一、一、帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑勻強(qiáng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑與哪些因磁場(chǎng)中帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑與哪些因素有關(guān)？素有關(guān)？思路思路: 帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力。供向心力?？梢?jiàn)可見(jiàn)r與速度與速度V、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、粒子的比荷有關(guān)、粒子的比荷有關(guān)rvmqv2BqBmvr 例例1 1：一個(gè)帶電粒子，沿垂直于磁場(chǎng)的方

3、向：一個(gè)帶電粒子，沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)粒子的一段徑跡如下圖所射入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)粒子的一段徑跡如下圖所示徑跡上的每一小段都可近似看成圓示徑跡上的每一小段都可近似看成圓弧由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子弧由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減小的能量逐漸減小( (帶電量不變帶電量不變) )從圖中情況從圖中情況可以確定可以確定A A粒子從粒子從a a到到b b，帶正電，帶正電B B粒子從粒子從a a到到b b，帶負(fù)電，帶負(fù)電C C粒子從粒子從b b到到a a，帶正電，帶正電D D粒子從粒子從b b到到a a，帶負(fù)電，帶負(fù)電 C C-e2v.BT=2m/eBT=2m/eB例例 2、勻

4、強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩個(gè)電子分別以速率、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩個(gè)電子分別以速率v和和2v沿垂沿垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，哪個(gè)電子先回到原來(lái)的出發(fā)點(diǎn)？直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，哪個(gè)電子先回到原來(lái)的出發(fā)點(diǎn)？veBmvr兩個(gè)電子同時(shí)回到原來(lái)的出發(fā)點(diǎn)兩個(gè)電子同時(shí)回到原來(lái)的出發(fā)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)周期和電子的速率無(wú)關(guān)運(yùn)動(dòng)周期和電子的速率無(wú)關(guān)軌道半徑與粒子射入的速度成正比軌道半徑與粒子射入的速度成正比v-e兩個(gè)電子軌道半徑如何？?jī)蓚€(gè)電子軌道半徑如何？二、二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期有何特征？時(shí)周期有何特征？BTmvrT

5、qm2qBvr2可知結(jié)合根據(jù)可見(jiàn)同一個(gè)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周可見(jiàn)同一個(gè)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度無(wú)關(guān)運(yùn)動(dòng)的周期與速度無(wú)關(guān)回旋加速器就是根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)的回旋加速器就是根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)的 例例1 1一個(gè)帶負(fù)電粒子（質(zhì)量為一個(gè)帶負(fù)電粒子（質(zhì)量為m m，帶電量為，帶電量為q q），以速率），以速率v v在磁感在磁感應(yīng)強(qiáng)度為應(yīng)強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做逆時(shí)針圓周運(yùn)動(dòng)（沿著紙面），則該勻的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做逆時(shí)針圓周運(yùn)動(dòng)（沿著紙面），則該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蚶镞€是向外？粒子運(yùn)轉(zhuǎn)所形成的環(huán)強(qiáng)磁場(chǎng)的方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蚶镞€是向外？粒子運(yùn)轉(zhuǎn)所形成的環(huán)形電流的大小為多大？形電流的大小為多大？

6、-m，qvF=qvB.B勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蛲釯=q/tI=q/TT=2T=2（mv/qBmv/qB）/v /v vrT2rmvqvB2qBmvr 2 mTqBI=q/T=qI=q/T=q2 2B/2mB/2m1. 一束帶電粒子以同一速度，并從同一位置進(jìn)入勻強(qiáng)一束帶電粒子以同一速度，并從同一位置進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中它們的軌跡如圖所示磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中它們的軌跡如圖所示.粒子粒子q1的軌跡半的軌跡半徑為徑為r1，粒子，粒子q2的軌跡半徑為的軌跡半徑為r2，且，且r22r1，q1、q2分分別是它們的帶電量別是它們的帶電量.則則 q1 帶帶_電、電、q2帶帶_電，荷質(zhì)電，荷質(zhì)比之比為比之比為

7、q1/m1 : q2/m2 _.r1r2v2:1正正負(fù)負(fù)解解: r=mv/qBq/m=v/Br1/rq 1/m1 : q2 /m2 = r2/r1 = 2:1返回返回2. 如圖所示，水平導(dǎo)線中有穩(wěn)恒電流通過(guò)，導(dǎo)線正如圖所示，水平導(dǎo)線中有穩(wěn)恒電流通過(guò)，導(dǎo)線正下方電子初速度方向與電流方向相同，其后電子將下方電子初速度方向與電流方向相同，其后電子將 ( ) (A)沿沿a運(yùn)動(dòng)，軌跡為圓；運(yùn)動(dòng)，軌跡為圓；(B)沿沿a運(yùn)動(dòng)，曲率半徑越來(lái)越?。贿\(yùn)動(dòng)，曲率半徑越來(lái)越??；(C)沿沿a運(yùn)動(dòng)，曲率半徑越來(lái)越大；運(yùn)動(dòng)，曲率半徑越來(lái)越大；(D)沿沿b運(yùn)動(dòng)，曲率半徑越來(lái)越小運(yùn)動(dòng)，曲率半徑越來(lái)越小. bvaIC3. 質(zhì)子和

8、氘核經(jīng)同一電壓加速，垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)質(zhì)子和氘核經(jīng)同一電壓加速，垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則質(zhì)子和氘核的動(dòng)能中，則質(zhì)子和氘核的動(dòng)能E1、E2，軌道半徑，軌道半徑r1、r2的關(guān)系是的關(guān)系是 ( )(A)E1E2，r1r2； (B)E1E2，r1r2；(C)E1E2，r1r2； (D)E1E2，r1r2. B返回返回帶電粒子在帶電粒子在無(wú)界無(wú)界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)F洛洛=0勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)F洛洛=Bqv勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)F洛洛=Bqv等距螺旋（等距螺旋（090）V/BVBv與與B成成角角mVRqB2 mTqB在在只只有有洛洛侖侖茲茲力力的的作作用用下下帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況研究

9、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況研究 1、找圓心：方法、找圓心：方法 2、定半徑：、定半徑： 3、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：Tt2qBmT2注意：用弧度表示用弧度表示幾何法求半徑幾何法求半徑向心力公式求半徑向心力公式求半徑利用利用vR利用弦的中垂線利用弦的中垂線確定帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法確定帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法1 1、物理方法：、物理方法：作出帶電粒子在磁場(chǎng)中兩個(gè)位置所受洛侖茲力，沿其方向作出帶電粒子在磁場(chǎng)中兩個(gè)位置所受洛侖茲力，沿其方向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)確定圓心，從而確定其運(yùn)動(dòng)軌跡。延長(zhǎng)線的交點(diǎn)確定圓心，從而確定其運(yùn)動(dòng)軌跡。2 2、物理和幾何方法：、物理和幾何方法：作出帶電粒子在磁場(chǎng)

10、中某個(gè)位置所受洛侖茲力，沿其方向的作出帶電粒子在磁場(chǎng)中某個(gè)位置所受洛侖茲力，沿其方向的延長(zhǎng)線與圓周上兩點(diǎn)連線的中垂線的交點(diǎn)確定圓心，從而確延長(zhǎng)線與圓周上兩點(diǎn)連線的中垂線的交點(diǎn)確定圓心，從而確定其運(yùn)動(dòng)軌跡。定其運(yùn)動(dòng)軌跡。3 3、幾何方法：、幾何方法：圓周上任意兩點(diǎn)連線的中垂線過(guò)圓心圓周上任意兩點(diǎn)連線的中垂線過(guò)圓心圓周上兩條切線圓周上兩條切線夾角的平分線過(guò)圓心夾角的平分線過(guò)圓心過(guò)切點(diǎn)作切線的垂線過(guò)圓心過(guò)切點(diǎn)作切線的垂線過(guò)圓心301.1.圓心在哪里圓心在哪里? ?2.2.軌跡半徑是多少軌跡半徑是多少? ?OBdv 例例3 3：r=d/sin 3030o o =2d=2d r=mv/qBt=（ 303

11、0o o /360360o o）T=T= T/12T=2 m/qBT=2 r/v小結(jié)：小結(jié)：rt/T= 3030o o /360360o oA=30vqvBqvB=mv=mv2 2/r/rt=T/12= m/6qB3、偏轉(zhuǎn)角、偏轉(zhuǎn)角=圓心角圓心角1、兩洛倫、兩洛倫力的交點(diǎn)即圓心力的交點(diǎn)即圓心2、偏轉(zhuǎn)角：初末速度的夾角。、偏轉(zhuǎn)角：初末速度的夾角。4.4.穿透磁場(chǎng)的時(shí)間如何求？穿透磁場(chǎng)的時(shí)間如何求？3 3、圓心角、圓心角 =? =? t=T/12= d/3vt=T/12= d/3vm=qBr/vm=qBr/v=2qdB/v=2qdB/vff1.如圖，虛線上方存在無(wú)窮大的磁場(chǎng)，一帶正電的粒子質(zhì)如圖，

12、虛線上方存在無(wú)窮大的磁場(chǎng)，一帶正電的粒子質(zhì)量量m m、電量、電量q q、若它以速度、若它以速度v v沿與虛線成沿與虛線成30300 0、60600 0、90900 0、1201200 0、1501500 0、1801800 0角分別射入，請(qǐng)你作出上述幾種情況下角分別射入，請(qǐng)你作出上述幾種情況下粒子的軌跡、并求其在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。粒子的軌跡、并求其在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。有界磁場(chǎng)問(wèn)題：入射角入射角300時(shí)時(shí)qBmqBmt3261入射角入射角1500時(shí)時(shí)qBmqBmt35265例例:如圖所示，在第一象限有磁感應(yīng)強(qiáng)度為如圖所示，在第一象限有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)質(zhì)量為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)質(zhì)量為m，

13、帶電量為，帶電量為+q的粒子的粒子以速度以速度v從從O點(diǎn)射入磁場(chǎng)，點(diǎn)射入磁場(chǎng)，角已知，求粒子在磁角已知，求粒子在磁場(chǎng)中飛行的時(shí)間和飛離磁場(chǎng)的位置（粒子重力場(chǎng)中飛行的時(shí)間和飛離磁場(chǎng)的位置（粒子重力不計(jì)）不計(jì)）粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱規(guī)律：粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱規(guī)律：從同一直線邊界射入的粒子，從同一邊界射出時(shí)，從同一直線邊界射入的粒子，從同一邊界射出時(shí)，速度與邊界的夾角相等。速度與邊界的夾角相等。1 1、兩個(gè)對(duì)稱規(guī)律：、兩個(gè)對(duì)稱規(guī)律：例例5 5、如圖所示，在半徑為、如圖所示，在半徑為r r的圓形區(qū)域內(nèi)，有一個(gè)勻強(qiáng)的圓形區(qū)域內(nèi)，有一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一帶電粒子以速度磁場(chǎng)，一帶電粒子以速度v v0

14、 0從從M M點(diǎn)沿半徑方向射入磁場(chǎng)區(qū)，點(diǎn)沿半徑方向射入磁場(chǎng)區(qū)，并由并由N N點(diǎn)射出，點(diǎn)射出，O O點(diǎn)為圓心，點(diǎn)為圓心，AOB=120AOB=120，求粒子在磁場(chǎng)，求粒子在磁場(chǎng)區(qū)的偏轉(zhuǎn)半徑區(qū)的偏轉(zhuǎn)半徑R R及在磁場(chǎng)區(qū)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。（粒子重力不及在磁場(chǎng)區(qū)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。（粒子重力不計(jì)）計(jì)）rR6030r/R=tan30R=rtan60ot=（ 6060o o /360360o o）T=T= T/6T=2 R/v030rR30336vrTtr/R=sin30 R/r=tan60臨界問(wèn)題臨界問(wèn)題例：長(zhǎng)為例：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)，如圖所的水平極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所

15、示，磁感強(qiáng)度為示，磁感強(qiáng)度為B，板間距離也為，板間距離也為L(zhǎng)，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m，電量為電量為q的帶正電粒子（不計(jì)重力），從左邊極板間中點(diǎn)處垂直的帶正電粒子（不計(jì)重力），從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁感線以速度磁感線以速度v水平射入磁場(chǎng)，欲使粒子不打在極板上，可采用水平射入磁場(chǎng)，欲使粒子不打在極板上，可采用的辦法是：的辦法是： （ ）A使粒子的速度使粒子的速度v5BqL/4mC使粒子的速度使粒子的速度vBqL/mD使粒子速度使粒子速度BqL/4mv dr d/2mv0/qB d/2B 2mv0q/dr r1 1r q mv0/13dmq2vqUmv21S S221U 可得：

16、可得：間，電場(chǎng)力做功獲得能間，電場(chǎng)力做功獲得能在在qmU2B1rvqmvrrvmqv,v2 可得：可得：代入代入洛侖茲力提供向心力洛侖茲力提供向心力垂直進(jìn)入磁場(chǎng)垂直進(jìn)入磁場(chǎng)以速度以速度BB 可見(jiàn)半徑不同可見(jiàn)半徑不同意味著比荷不同，意味著比荷不同，意味著它們是不同意味著它們是不同的粒子的粒子這就是質(zhì)譜儀的工作原理這就是質(zhì)譜儀的工作原理一、質(zhì)譜儀一、質(zhì)譜儀原理分析原理分析1 1、質(zhì)譜儀、質(zhì)譜儀: :是測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具是測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具2、工作原理、工作原理將質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一將質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場(chǎng)加速電場(chǎng)加速再垂直進(jìn)

17、入同一再垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，由于粒子質(zhì)量不同，由于粒子質(zhì)量不同，引起軌跡半徑不同而分開(kāi)，進(jìn)而分析某元素中所含同位素引起軌跡半徑不同而分開(kāi)，進(jìn)而分析某元素中所含同位素的種類的種類質(zhì)譜儀的兩種裝置質(zhì)譜儀的兩種裝置帶電粒子質(zhì)量帶電粒子質(zhì)量m,電荷量電荷量q,由電壓由電壓U加速后垂直進(jìn)加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng),設(shè)軌道半徑設(shè)軌道半徑為為r,則有：則有：NUOMB221mvqU rmvqvB2 可得可得222rBUmq 帶電粒子質(zhì)量帶電粒子質(zhì)量m,電荷量電荷量q,以速度以速度v穿過(guò)速度選擇穿過(guò)速度選擇器器(電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度E，磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1),垂

18、直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng).設(shè)軌道半徑為設(shè)軌道半徑為r,則有：則有：MB2EB1NqE=qvB1rmvqvB22 可得：可得：rBBEmq11 均可測(cè)定荷質(zhì)比均可測(cè)定荷質(zhì)比1.1.加速器的種類有哪些加速器的種類有哪些? ?2.2.各自是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電粒子加速的各自是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電粒子加速的? ?3.3.各有什么優(yōu)缺點(diǎn)各有什么優(yōu)缺點(diǎn)? ?閱讀課本P101 思考下列問(wèn)題思考下列問(wèn)題1 1加速原理：加速原理： 利用加速電場(chǎng)對(duì)帶電粒子做正功使利用加速電場(chǎng)對(duì)帶電粒子做正功使 帶電粒子的動(dòng)能增加。帶電粒子的動(dòng)能增加。二二. .加速器加速器qUmv212 +U+2 2直線

19、加速器（多級(jí)加速）直線加速器（多級(jí)加速） 如圖所示是多級(jí)加速裝置的原理圖：如圖所示是多級(jí)加速裝置的原理圖：二二. .加速器加速器直線加速器直線加速器粒子在每個(gè)加速電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，粒子在每個(gè)加速電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，因?yàn)榻蛔冸妷旱淖兓芷谙嗤驗(yàn)榻蛔冸妷旱淖兓芷谙嗤嗉?jí)直線加速器有什么缺點(diǎn)？多級(jí)直線加速器有什么缺點(diǎn)？直線加速器直線加速器 利用加速電場(chǎng)對(duì)帶電粒子做正利用加速電場(chǎng)對(duì)帶電粒子做正功功,使帶電的粒子動(dòng)能增加，使帶電的粒子動(dòng)能增加，即即 qU =Ek直線加速器的多級(jí)加速：直線加速器的多級(jí)加速： 教材圖教材圖3.6-5所示的是多級(jí)所示的是多級(jí)加速裝置的原理圖，由動(dòng)能定理可知，帶電粒加

20、速裝置的原理圖，由動(dòng)能定理可知，帶電粒子經(jīng)子經(jīng)n級(jí)的電場(chǎng)加速后增加的動(dòng)能，級(jí)的電場(chǎng)加速后增加的動(dòng)能， Ek=q（U1+U2+U3+U4+Un）直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制。間內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制。P1圖圖3.6-5多級(jí)加速器多級(jí)加速器P2P3P4P5P6一級(jí)一級(jí)二級(jí)二級(jí)三級(jí)三級(jí)n級(jí)級(jí)加速原理：加速原理：1932年年,美國(guó)物理學(xué)家勞侖斯發(fā)明了美國(guó)物理學(xué)家勞侖斯發(fā)明了從而使人類在獲得具有較高能量的粒子方面邁進(jìn)了從而使人類在獲得具有較高能量的粒子方面邁進(jìn)了一大步為此，勞侖斯榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)一大步為此，勞侖斯

21、榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)回旋加速器回旋加速器1 1、作用：產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)的粒子、作用：產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)的粒子2 2、原理、原理 用磁場(chǎng)控制軌道、用電場(chǎng)進(jìn)行加速用磁場(chǎng)控制軌道、用電場(chǎng)進(jìn)行加速+- +-不變無(wú)關(guān)、與TrvqBmT22DqBmv mqBDv2 2DqBmv 221mvEK mDBqEK8222 D越大，越大，EK越大，是不是只要越大，是不是只要D不斷增大，不斷增大， EK 就可以無(wú)限制增大呢就可以無(wú)限制增大呢?mDBqEK82222.交變電場(chǎng)的周期和粒子的運(yùn)動(dòng)周期交變電場(chǎng)的周期和粒子的運(yùn)動(dòng)周期 T相同相同-保證粒子每次經(jīng)過(guò)交變保證粒子每次經(jīng)過(guò)交變 電場(chǎng)時(shí)都被加速電場(chǎng)時(shí)都被加速1. 粒子在勻強(qiáng)磁

22、場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期不變粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期不變 qBmT23.帶電粒子每經(jīng)電場(chǎng)加速一次帶電粒子每經(jīng)電場(chǎng)加速一次,回旋半徑回旋半徑 就增大一次就增大一次,每次增加的動(dòng)能為每次增加的動(dòng)能為qUEK4.粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定周期與速度和軌道半徑無(wú)關(guān)周期與速度和軌道半徑無(wú)關(guān)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期公式帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期公式 ,qBmT2 帶電粒子的周期在帶電粒子的周期在q、m、B不變的情況下與速度不變的情況下與速度和軌道半徑無(wú)關(guān)。和軌道半徑無(wú)關(guān)。 因而圓運(yùn)動(dòng)周長(zhǎng)因而圓運(yùn)動(dòng)周長(zhǎng) qBmvr22 也將與也將與v成正比例地增大，成正比例地增大， 如果

23、其他因素如果其他因素(q、m、B)不變不變, 則當(dāng)速率則當(dāng)速率v加大時(shí)加大時(shí),qBmvr 得知圓運(yùn)動(dòng)半徑將與得知圓運(yùn)動(dòng)半徑將與v成正比例地增大成正比例地增大,由由因此運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間（周期）仍將保持原值。因此運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間（周期）仍將保持原值。 最終能量最終能量粒子運(yùn)動(dòng)半徑最大為粒子運(yùn)動(dòng)半徑最大為D形盒的半徑形盒的半徑R帶電粒子經(jīng)加速后的最終能量：帶電粒子經(jīng)加速后的最終能量：由由qBmvR 有有 ,mqBRv 所以最終能量為所以最終能量為 mqRBmvEk2212222 討論：要提高帶電粒子的最終能量，應(yīng)采取什討論：要提高帶電粒子的最終能量，應(yīng)采取什么措施？么措施？ 回旋加速器加速的帶電粒子回旋

24、加速器加速的帶電粒子, 能量達(dá)到能量達(dá)到25 MeV 30 MeV后，就很難再加速了。后，就很難再加速了。1. 在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),周期不變周期不變2. 每一個(gè)周期加速兩次每一個(gè)周期加速兩次3. 電場(chǎng)的周期與粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)周期相電場(chǎng)的周期與粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)周期相同同4. 電場(chǎng)一個(gè)周期中方向變化兩次電場(chǎng)一個(gè)周期中方向變化兩次5. 粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定6. 電場(chǎng)加速過(guò)程中電場(chǎng)加速過(guò)程中,時(shí)間極短時(shí)間極短,可忽略可忽略結(jié)論結(jié)論.關(guān)于回旋加速器的工作原理，下列說(shuō)法正確的是：關(guān)于回旋加速器的工作原理，下列說(shuō)法正確的是：A、電場(chǎng)用

25、來(lái)加速帶電粒子，磁場(chǎng)則使帶電粒子回旋、電場(chǎng)用來(lái)加速帶電粒子，磁場(chǎng)則使帶電粒子回旋B、電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)用來(lái)加速帶電粒子、電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)用來(lái)加速帶電粒子C、同一加速器，對(duì)某種確定的粒子，它獲得的最大、同一加速器，對(duì)某種確定的粒子，它獲得的最大動(dòng)能由加速電壓決定動(dòng)能由加速電壓決定D、同一加速器，對(duì)某種確定的粒子，它獲得的最大、同一加速器，對(duì)某種確定的粒子，它獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B決定和加速電壓決定決定和加速電壓決定(A)06年廣東東莞中學(xué)高考模擬試題年廣東東莞中學(xué)高考模擬試題88回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電

26、兩極相連接的兩個(gè)是分別與高頻交流電兩極相連接的兩個(gè)D形金屬盒，形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的勻強(qiáng)電場(chǎng)，使粒兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的勻強(qiáng)電場(chǎng)，使粒子在通過(guò)狹縫時(shí)都能得到加速兩子在通過(guò)狹縫時(shí)都能得到加速兩D形金屬盒處于垂形金屬盒處于垂直于盒底面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的直于盒底面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形金屬盒的半徑為形金屬盒的半徑為R，狹縫間的距，狹縫間的距離為離為d，勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓為，勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓為U，要增大帶電粒子，要增大帶電粒子（電荷量為（電荷量為q質(zhì)量為質(zhì)量為m，不計(jì)重力）射出時(shí)的動(dòng)能，則，不計(jì)重力）射

27、出時(shí)的動(dòng)能，則下列方法中正確的是：下列方法中正確的是： ( )A增大勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓增大勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓 B減小狹縫間的距離減小狹縫間的距離C增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 D增大增大D形金屬盒的半徑形金屬盒的半徑dRBU解：解：qBmvR mqBRv m)qBR(mvEk22122 C D北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)：撞出物質(zhì)奧秘北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)：撞出物質(zhì)奧秘 大科學(xué)裝置的存在和應(yīng)用水大科學(xué)裝置的存在和應(yīng)用水平，是一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的平，是一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的具象。它如同一塊巨大的磁鐵，具象。它如同一塊巨大的磁鐵，能夠集聚智慧，構(gòu)成一個(gè)多學(xué)科能夠集聚智慧，構(gòu)成一個(gè)多學(xué)科陣地。作

28、為典型的大科學(xué)裝置，陣地。作為典型的大科學(xué)裝置，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的重大改造北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的重大改造工程就是要再添磁力。工程就是要再添磁力。 北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)在我國(guó)大科學(xué)裝置工程中赫赫有名，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)在我國(guó)大科學(xué)裝置工程中赫赫有名，為示范之作。為示范之作。1988年年10月月16日凌晨實(shí)現(xiàn)第一次對(duì)撞時(shí)，曾被日凌晨實(shí)現(xiàn)第一次對(duì)撞時(shí)，曾被形容為形容為“我國(guó)繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衛(wèi)星上天之后，我國(guó)繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衛(wèi)星上天之后，在高科技領(lǐng)域又一重大突破性成就在高科技領(lǐng)域又一重大突破性成就”。北京正負(fù)對(duì)撞機(jī)重大改。北京正負(fù)對(duì)撞機(jī)重大改造工程的實(shí)施，將讓這一大科學(xué)裝置造工程

29、的實(shí)施，將讓這一大科學(xué)裝置“升級(jí)換代升級(jí)換代”，繼續(xù)立在，繼續(xù)立在國(guó)際高能物理的前端。國(guó)際高能物理的前端。 北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程完工后，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程完工后，將成為世界上將成為世界上最先進(jìn)的雙環(huán)對(duì)撞機(jī)之一最先進(jìn)的雙環(huán)對(duì)撞機(jī)之一。 世界上最大、能量最高的粒子加速器世界上最大、能量最高的粒子加速器歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) 世界最大對(duì)撞機(jī)啟動(dòng)模擬宇宙大爆炸世界最大對(duì)撞機(jī)啟動(dòng)模擬宇宙大爆炸 中國(guó)參與研究中國(guó)參與研究 這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在深入地底這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在深入地底100米、長(zhǎng)達(dá)米、長(zhǎng)達(dá)27公里的環(huán)型隧道內(nèi)進(jìn)行。公里的環(huán)型隧道內(nèi)進(jìn)行?？茖W(xué)家預(yù)計(jì)，科學(xué)家預(yù)計(jì)，粒子互相撞擊時(shí)所產(chǎn)生

30、的溫度，比太陽(yáng)溫度還要高粒子互相撞擊時(shí)所產(chǎn)生的溫度，比太陽(yáng)溫度還要高10萬(wàn)倍，就好比萬(wàn)倍，就好比137億年前宇億年前宇宙發(fā)生大爆炸時(shí)那一剎那的情況。宙發(fā)生大爆炸時(shí)那一剎那的情況。 在瑞士和法國(guó)邊界地在瑞士和法國(guó)邊界地區(qū)的地底實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，科學(xué)區(qū)的地底實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，科學(xué)家們正式展開(kāi)了被外界形家們正式展開(kāi)了被外界形容為容為“末日實(shí)驗(yàn)?zāi)┤諏?shí)驗(yàn)”的備受的備受爭(zhēng)議的計(jì)劃。他們啟動(dòng)了爭(zhēng)議的計(jì)劃。他們啟動(dòng)了全球最大型的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)全球最大型的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)，把次原子的粒子把次原子的粒子運(yùn)行速度加快至接近光速運(yùn)行速度加快至接近光速，并將互相撞擊，模擬宇宙并將互相撞擊，模擬宇宙初開(kāi)初開(kāi)“大爆炸大爆炸”后的情況。后的

31、情況?？茖W(xué)家希望借這次實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家希望借這次實(shí)驗(yàn)，有助解開(kāi)宇宙間部分謎團(tuán)。有助解開(kāi)宇宙間部分謎團(tuán)。但有人擔(dān)心，今次實(shí)驗(yàn)或但有人擔(dān)心，今次實(shí)驗(yàn)或會(huì)制造小型黑洞吞噬地球，會(huì)制造小型黑洞吞噬地球，令末日論流言四起。令末日論流言四起。四、霍爾效應(yīng)四、霍爾效應(yīng) 1879 1879年霍耳發(fā)現(xiàn)，把一載流導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中，如果磁場(chǎng)年霍耳發(fā)現(xiàn)，把一載流導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中，如果磁場(chǎng)方向與電流方向垂直，則在與磁場(chǎng)和電流二者垂直的方向上方向與電流方向垂直，則在與磁場(chǎng)和電流二者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱之為霍耳現(xiàn)象。出現(xiàn)橫向電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱之為霍耳現(xiàn)象。四、霍爾效應(yīng)四、霍爾效應(yīng)quBf 如圖，導(dǎo)電板高度為如圖，導(dǎo)電板高度為b b厚度為厚度為 d d放在垂直于它的磁場(chǎng)放在垂直于它的磁場(chǎng)B B