高二物理課件人教選修三 帶電粒子在磁場中的運動

歡迎進入物理課堂 帶電粒子在磁場中的運動 1 帶電粒子在磁場中是否一定受洛倫茲力 2 洛倫茲力的計算公式為 為 方向與 方向的夾角 當 90 時 F 當 0 時 F 3 沿著與磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子 它的速率 選填變大 變小或不變 同時洛倫茲力的大小也 選填變大 變小或不變 洛倫茲力方向與速度方向始終 不一定 F qvBsin 磁感應強度 電流 qvB 0 垂直 不變 不變 4 當帶電粒子的初速度方向與磁場方向平行或垂直時 粒子在勻強磁場中做什么運動 為什么 復習 洛倫茲力演示器 實驗表明 帶電粒子只受洛倫茲力作用 重力通常忽略不計 的條件下 在勻強磁場中有兩種典型的運動 1 v平行B時 做勻速直線運動2 v垂直B時 做勻速圓周運動洛倫茲力提供了帶電粒子做勻速圓周運動所需的向心力 一 軌道半徑和運動周期 1 軌道半徑r 洛倫茲力提供向心力 由 在勻強磁場中做勻速圓周運動的帶電粒子 軌道半徑跟運動速率成正比 2 運動周期T 由 周期跟軌道半徑和運動速率均無關 在磁場一定時取決于帶電粒子比荷 思考 若帶電離子與磁場成一定的角度射入勻強磁場 粒子如何運動 例題一個質(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 然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場中 最后打到照相底片D上 1 求粒子進入磁場時的速率 2 求粒子在磁場中運動的軌道半徑 3 若11H 21H 31H經(jīng)加速偏轉(zhuǎn)后打在ABC中的某點 那么各自應該在哪個位置 ABC ABC 二質(zhì)譜儀原理分析 2 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 3 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入同一勻強磁場 由于粒子速度不同 引起軌跡半徑不同而分開 進而分析某元素中所含同位素的種類 1 推導 11H在C處 21H在B處 31H在A處 1 加速原理 利用加速電場對帶電粒子做正功使帶電粒子的動能增加 qU Ek 2 直線加速器 多級加速如圖所示是多級加速裝置的原理圖 三加速器 一 直線加速器 回旋加速器 1932年美國物理學家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器 實現(xiàn)了在較小的空間范圍內(nèi)進行多級加速 回旋加速器 1 作用 產(chǎn)生高速運動的粒子 2 原理提示 1 兩D形盒中勻強磁場有什么作用 3 交變電場的周期為什么等于粒子做勻速圓周運動的周期 2 盒間縫隙交變電場有什么作用 工作原理 利用電場對帶電粒子的加速作用和磁場對運動電荷的偏轉(zhuǎn)作用來獲得高能粒子 這些過程在回旋加速器的核心部件 兩個D形盒和其間的窄縫內(nèi)完成 帶電粒子的最終能量 當帶電粒子的速度最大時 其運動半徑也最大 由r mv qB得v rqB m 若D形盒的半徑為R 則帶電粒子的最終動能 所以 要提高加速粒子的最終能量 應盡可能增大磁感應強度B和D形盒的半徑R 歐洲核子研究中心 以下簡稱CERN 成立于1954年 是世界上最大的粒子物理研究實驗室 也是互聯(lián)網(wǎng)的誕生地 位于日內(nèi)瓦的西北部 在法國與瑞士邊界的侏羅山腳下 該研究機構財力 技術力量雄厚 由德國 法國等20個成員國資助 歐洲委員會和聯(lián)合國教科文組織 UNESCO 具有觀察員身份 CERN擁有世界上能量最高的粒子對撞機 大型強子對撞機 LargeHadronCollider 簡稱LHC 并于2008年9月10日正式啟動運行 成為世界粒子物理研究的能量最前沿 粒子加速能量級別1TeV 1012eV 北京正負電子對撞機簡稱 BEPC北京正負電子對撞機是世界八大高能加速器中心之一 北京正負電子對撞機 BEPC 是我國第一臺高能加速器 是高能物理研究的重大科技基礎設施 由長202米的直線加速器 輸運線 周長240米的圓型加速器 也稱儲存環(huán) 高6米重500噸的北京譜儀和圍繞儲存環(huán)的同步輻射實驗裝置等幾部分組成 外型象一只碩大的羽毛球拍 粒子加速能量級別2 5GeV 2 5 109eV 小結 一 帶電粒子垂直進入勻強磁場后做勻速圓周運動 半徑周期二 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三 回旋加速器利用電場對帶電粒子的加速作用和磁場對運動電荷的偏轉(zhuǎn)作用來獲得高能粒子交變電場的周期等于粒子做勻速圓周運動的周期 帶電粒子的最終能量與D形盒半徑有關Ek q2B2R2 2m 謝謝 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全