3.6帶電粒子在勻強磁場中的運動物理新人教版選修3-1ks5u精品課件3、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運動狀態(tài)來判定磁場中的帶電粒子一般可分為兩類：1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，α粒子，正負離子等。這些粒子所受重力和洛侖磁力相比在小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。ks5u精品課件洛倫茲力演示儀工作原理：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。兩個平行的通電環(huán)形線圈可產(chǎn)生沿軸線方向的勻強磁場ks5u精品課件亥姆霍茲線圈電子槍磁場強弱選擇擋加速電壓選擇擋洛倫茲力演示器ks5u精品課件判斷下圖中帶電粒子（電量q，重力不計）所受洛倫茲力的大小和方向：一.帶電粒子在勻強磁場中的運動1、當V∥B，勻速直線運動。2、?

當帶電粒子q以速度v垂直進入勻強磁場中，它將做什么運動?ks5u精品課件一.帶電粒子在勻強磁場中的運動

2.當V⊥B，帶電粒子將在垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運動。ks5u精品課件

速度大小不變，而方向隨時間變化。

周期T與運動速度及運動半徑無關(guān)。ks5u精品課件3.粒子運動方向與磁場有一夾角（大于0度小于90度）軌跡為螺線當υ與B夾一般角度時，由于可以將υ正交分解為υ∥和υ⊥（分別平行于和垂直于）B，因此電荷一方向以υ∥的速度在平行于B的方向上做勻速直線運動，另一方向以υ⊥的速度在垂直于B的平面內(nèi)做勻速圓周運動。

ks5u精品課件例題：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，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上求：（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ks5u精品課件二.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入同一勻強磁場，由于粒子動量不同，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3.推導ks5u精品課件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ks5u精品課件

由動能定理得帶電粒子經(jīng)n極的電場加速后增加的動能為：

3．直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間范圍內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制．ks5u精品課件(二)回旋加速器

1．1932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．2．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。ks5u精品課件U(二)回旋加速器ks5u精品課件（1）磁場的作用：帶電粒子以某一速度垂直磁場方向進入勻強磁場后，并在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，其周期和速率、半徑均無關(guān)，帶電粒子每次進入D形盒都運動相等的時間（半個周期）后平行電場方向進入電場中加速．（2）電場的作用：回旋加速器的兩個D形盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩D形盒正對截面的勻強電場，帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時被加速．（3）交變電壓：為了保證帶電粒子每次經(jīng)過窄縫時都被加速，使之能量不斷提高，須在窄縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在D形盒中運動周期相同的交變電壓．ks5u精品課件(4)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．ks5u精品課件

為什么帶電粒子經(jīng)回旋加速器加速后的最終能量與加速電壓無關(guān)？

解析：加速電壓越高，帶電粒子每次加速的動能增量越大，回旋半徑也增加越多，導致帶電粒子在D形盒中的回旋次數(shù)越少；反之，加速電壓越低，粒子在D形盒中回旋的次數(shù)越多，可見加速電壓的高低只影響帶電粒子加速的總次數(shù)，并不影響引出時的速度和相應的動能，由

可知，增強B和增大R可提高加速粒子的最終能量，與加速電壓高低無關(guān)．ks5u精品課件小結(jié)：

回旋加速器利用兩D形盒窄縫間的電場使帶電粒子加速，利用D形盒內(nèi)的磁場使帶電粒子偏轉(zhuǎn)，帶電粒子所能獲得的最終能量與B和R有關(guān)，與U無關(guān)．ks5u精品課件

如果盡量增強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？思考ks5u精品課件本課總結(jié)：一、帶電粒子在磁場中的運動平行磁感線進入：做勻速直線運動垂直磁感線進入：做勻速圓周運動