1、带电粒子在匀强磁场 中的运动,3.6,复习,1、洛伦兹力的概念：运动电荷在磁场中受到的作用力。通电导线在磁场中所受到的安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。 2、洛伦兹力的方向由左手定则判定1、正电荷的运动方向与电流方向相同，负电荷运动方向与电流方向相反。2、洛伦兹力垂直于与所在的平面,问题：判断下图中带电粒子（电量q，重力不计）所受洛伦兹力的大小和方向：,1、匀速直线运动。,F=qvB,F=0,2、,?,带电粒子在匀强磁场中的运动（重力不计）,猜想：,匀速圆周运动。,一、运动电荷在磁场中的运动规律,洛仑兹力对电荷只起向心力的作用，故只在洛仑兹力的作用下，电荷将作匀速圆周运动。,理论探究
2、,洛伦兹力总与速度方向垂直，不改变带电粒子的速度大小，所以洛伦兹力不对带电粒子做功。,由于粒子速度的大小不变，所以洛伦兹力大小也不改变，加之洛伦兹力总与速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。,匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径与哪些因素有关？,可见r与速度V、磁感应强度B、粒子的比荷有关,周期T与运动速度及运动半径无关,3.当v与B成角时（00 900） F洛=qvBsin 轨迹为等距螺线,1.F洛=qvB ( vB） 圆周运动,2.F洛= 0 ( vB） 匀速运动,“气泡室”照片,1.不同带电粒子的径迹半径为什么不一样？2.同一条径迹上为什么曲率半径会越来越小呢？,1.质谱仪,通过测出粒子圆周
3、运动的半径，计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器.,二、洛伦兹力与现代科技,（1）.质谱仪的构造,带电粒子注入器 加速电场（U） 速度选择器 （E, B1） 偏转磁场（B2） 照相底片,（2）.质谱仪工作原理,例 1： 一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为零，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。 （1）求粒子进入磁场时的速率。 （2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。,2.直线加速器,粒子在每个加速电场中的运动时间相等，因为交变电压的变化周期相同,人类对速度的渴望从未停止过，经过前辈们的不
4、懈研究探索，光速幸运地成为了我们世界的极限速度。但单就目前人类的科技水平，想要在宏观世界中接近或达到光速就好比是天方夜谭。不过在微观世界中，由于回旋加速器的出现，粒子已经能被加速到很高的速度。因此，回旋加速器被广泛应用于科研、医疗等诸多方面；且随着人们需求的增加，可以加速多种粒子的加速器也应运而生。,超灵敏小型回旋加速器,3、回旋加速器,回旋加速器,回旋加速器,两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。,电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。,粒子回旋的周期不随半径改变。让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一致，从而保证粒子始终被加速。,在磁场中做圆周运动,周期不变 每一个周期加速两次 电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同 电场一个周期中方向变化两次 粒子加速的最大速度由盒的半径决定 电场加速过程中,时间极短,可忽略,结论,例2：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） 粒子的最大速度最大动能各是多大？,（4） 粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径之比,解析:(3)根据r= ，粒子离开加速器时的速度v= ，粒子离开加速器时获得的动能Ek= mv2=,(4),
