高二物理課件人教選修三 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)

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歡迎進(jìn)入物理課堂 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng) 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(jì)算公式為 為 方向與 方向的夾角 當(dāng) 90 時(shí) F 當(dāng) 0 時(shí) 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(shí)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(yīng)強(qiáng)度 電流 qvB 0 垂直 不變 不變 4 當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場方向平行或垂直時(shí) 粒子在勻強(qiáng)磁場中做什么運(yùn)動(dòng) 為什么 復(fù)習(xí) 洛倫茲力演示器 實(shí)驗(yàn)表明 帶電粒子只受洛倫茲力作用 重力通常忽略不計(jì) 的條件下 在勻強(qiáng)磁場中有兩種典型的運(yùn)動(dòng) 1 v平行B時(shí) 做勻速直線運(yùn)動(dòng)2 v垂直B時(shí) 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)洛倫茲力提供了帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力 一 軌道半徑和運(yùn)動(dòng)周期 1 軌道半徑r 洛倫茲力提供向心力 由 在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的帶電粒子 軌道半徑跟運(yùn)動(dòng)速率成正比 2 運(yùn)動(dòng)周期T 由 周期跟軌道半徑和運(yùn)動(dòng)速率均無關(guān) 在磁場一定時(shí)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(qiáng)磁場 粒子如何運(yùn)動(dòng) 例題一個(gè)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(shì)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(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中 最后打到照相底片D上 1 求粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速率 2 求粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)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(diǎn) 那么各自應(yīng)該在哪個(gè)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(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場 由于粒子速度不同 引起軌跡半徑不同而分開 進(jìn)而分析某元素中所含同位素的種類 1 推導(dǎo) 11H在C處 21H在B處 31H在A處 1 加速原理 利用加速電場對(duì)帶電粒子做正功使帶電粒子的動(dòng)能增加 qU Ek 2 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 三加速器 一 直線加速器 回旋加速器 1932年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器 實(shí)現(xiàn)了在較小的空間范圍內(nèi)進(jìn)行多級(jí)加速 回旋加速器 1 作用 產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)的粒子 2 原理提示 1 兩D形盒中勻強(qiáng)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(yùn)動(dòng)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(duì)帶電粒子的加速作用和磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)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(gè)D形盒和其間的窄縫內(nèi)完成 帶電粒子的最終能量 當(dāng)帶電粒子的速度最大時(shí) 其運(yùn)動(dòng)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(dòng)能 所以 要提高加速粒子的最終能量 應(yīng)盡可能增大磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(jī)構(gòu)財(cái)力 技術(shù)力量雄厚 由德國 法國等20個(gè)成員國資助 歐洲委員會(huì)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(duì)撞機(jī) 大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) LargeHadronCollider 簡稱LHC 并于2008年9月10日正式啟動(dòng)運(yùn)行 成為世界粒子物理研究的能量最前沿 粒子加速能量級(jí)別1TeV 1012eV 北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)簡稱 BEPC北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)是世界八大高能加速器中心之一 北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī) BEPC 是我國第一臺(tái)高能加速器 是高能物理研究的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施 由長202米的直線加速器 輸運(yùn)線 周長240米的圓型加速器 也稱儲(chǔ)存環(huán) 高6米重500噸的北京譜儀和圍繞儲(chǔ)存環(huán)的同步輻射實(shí)驗(yàn)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(jí)別2 5GeV 2 5 109eV 小結(jié) 一 帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 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(duì)帶電粒子的加速作用和磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的周期 帶電粒子的最終能量與D形盒半徑有關(guān)Ek q2B2R2 2m 謝謝 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全