1、3.6 带电粒子在匀强磁场中 的运动,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态？ （重力不计）,问题1：,问题2：,带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？ （重力不计）,匀速直线运动,1、理论推导,（1）洛伦兹力的方向与速度方向的关系,（2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速率变化么？能量呢？,（3）洛伦兹力的如何变化？,（4）从上面的分析，你认为垂直于匀强磁场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的运动状态如何？,垂直,不变,大小不变，方向在不断变化,匀速圆周运动,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,1、理论推导,沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆
2、周运动,问题3：,推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径r和运动周期T，与粒子的速度v和磁场的强度B的关系表达式,1）圆周运动的半径,2）圆周运动的周期,2、实验验证,（1）洛伦兹力演示仪,励磁线圈（亥姆霍兹线圈）：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场,加速电场：作用是改变电子束出射的速度,电子枪：射出电子,（2）实验演示,a、不加磁场时观察电子束的径迹,b、给励磁线圈通电，观察电子束的径迹,c、保持初射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化,d、保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束径迹的变化,（3）实验结论,沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带
3、电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。,磁场强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径也增大。,粒子射入速度不变，磁场强度增大，轨道半径减小。,1、如图所示，一束电子（电量为e)以速度V垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为300。求 : (1) 电子的质量m=? (2) 电子在磁场中的运动时间t=?,2、如图所示，在半径为R 的圆的范围内，有匀强磁场，方向垂直圆所在平面向里一带负电的质量为m电量为q粒子，从A点沿半径AO的方向射入，并从C点射出磁场AOC120o则此粒子在磁场中运行的时间t_(不计重力),3、如图所示，在直线MN的右侧有磁感应强度为
4、B的匀强磁场，方向垂直向里。电子(电量e、质量m)以速度v从MN上的孔A，垂直于MN方向射入匀强磁场，途经P点，并最终打在MN上的C点、已知AP连线与速度方向的夹角为，不计重力。求（1）A、C之间的距离（2）从A运动到P点所用的时间。,（一）质谱仪,测量带电粒子的质量,分析同位素,二、实际应用,（二）回旋加速器,1、作用：产生高速运动的粒子,2、原理,1）两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。,2）交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。,3）粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。,例题,3、注意,1、带电粒子在匀强磁场中的运动周期 跟运动速率和轨道半径无关，对于一定的带电粒
5、子和一定的磁感应强度来说，这个周期是恒定的。,2、交变电场的往复变化周期和粒子的运动周期T相同，这样就可以保证粒子在每次经过交变电场时都被加速。,3、由于侠义相对论的限制，回旋加速器只能把粒子加速到一定的能量。,回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的直径为d，用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：,（1） 粒子的回转周期是多大？,（2）高频电极的周期为多大？,（3） 粒子的最大动能是多大？,（4） 粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径之比,4、如图所示，一带正电粒子质量为m，带电量为q，从隔板ab上一个小孔P处与隔板成45角垂直于磁感线射入磁感应强度为B
6、的匀强磁场区，粒子初速度大小为v，则 (1)粒子经过多长时间再次到达隔板？ (2)到达点与P点相距多远？ （不计粒子的重力）,5、长为L的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图所示，磁场强度为B，板间距离也为L，板不带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子（不计重力），从左边极板间中点处垂直磁场以速度v平行极板射入磁场，欲使粒子不打在极板上，则粒子入射速度v应满足什么条件？,6、在真空中半径r=3102m的圆形区域内有一匀强磁场，磁感应强度B=0.2T，方向如图所示。一带正电的粒子以v0=1.2106m/s的初速度从磁场边界上直径ab端的a点射入磁场，已知粒子比荷 =10 8C/Kg，不计粒子重力，则粒子在磁场中运动的最长时间为多少？,例题：一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上（如图）（1）求粒子进入磁场是的速率。（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。,
