带电粒子在匀强磁场中运动讲.ppt

带电粒子在匀强磁场中的运动,+,一、质谱仪原理分析,1、质谱仪:是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具,可见半径不同意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子,这就是质谱仪的工作原理,1加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使 带电粒子的动能增加。,二.加速器,直线加速器,2直线加速器（多级加速）如图所示是多级加速装置的原理图：,二.加速器,直线加速器,斯坦福大学的加速器,多级直线加速器有什么缺点？,3.回旋加速器,1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖,回旋加速器,回旋加速器,1、作用：产生高速运动的粒子,2、原理,用磁场控制轨道、用电场进行加速,回旋加速器,回旋加速器,交变,回旋加速器,交变电压的周期TE=粒子在磁场中运动的周期TB,解：当粒子从D形盒出口飞出时，粒子的运动半径=D形盒的半径,回旋加速器,回旋加速器,美国费米实验室加速器,2.交变电场的周期和粒子的运动周期 T相同-保证粒子每次经过交变 电场时都被加速,1.粒子在匀强磁场中的运动周期不变,回旋加速器,问题归纳,3.带电粒子每经电场加速一次,回旋半径 就增大一次,每次增加的动能为,4.粒子加速的最大速度由盒的半径决定,问题归纳,带电粒子在磁场中运动情况研究,1、找圆心：方法2、定半径：3、确定运动时间：,注意：用弧度表示,30,1.圆心在哪里?2.轨迹半径是多少?,思考,O,B,v,例3：,r=d/sin 30o=2d,r=mv/qB,t=（30o/360o）T=T/12,T=2 m/qB,T=2 r/v,小结：,r,t/T=30o/360o,A,=30,v,qvB=mv2/r,t=T/12=m/6qB,3、偏转角=圆心角,1、两洛伦兹力的交点即圆心,2、偏转角：初末速度的夹角。,4.穿透磁场的时间如何求？,3、圆心角=?,f,f,1.如图，虚线上方存在无穷大的磁场，一带正电的粒子质量m、电量q、若它以速度v沿与虚线成300、600、900、1200、1500、1800角分别射入，请你作出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。,有界磁场问题：,入射角300时,入射角1500时,粒子在磁场中做圆周运动的对称规律：从同一直线边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。,1、两个对称规律：,反馈练习3如图所示，M、N两板相距为d，板长为5d，两板不带电，板间有垂直纸面的匀强磁场，一大群电子沿平行于板的方向从各处位置以速率v0射入板间，为了使电子都不从板间穿出，磁感应强度B的大小范围如何？（设电子质量为m，电量为e，且N板接地）,2r d,r d/2,mv0/qB d/2,B 2mv0q/d,r1,r r1,r12=(5d)2+(r1-d)2,r1=13d,B q mv0/13d,四、霍尔效应,1879年霍耳发现，把一载流导体放在磁场中，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流二者垂直的方向上出现横向电势差，这一现象称之为霍耳现象。,带电粒子在无界匀强磁场中的运动,F洛=0匀速直线运动,F洛=Bqv匀速圆周运动,F洛=Bqv等距螺旋（090）,在只有洛仑兹力的作用下,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 的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30，则电子的质量是多少？穿过磁场的时间又是多少？,电子穿过磁场的时间为：,t=T,t=T,t=T,t=T,t=T,t=T,如图，虚线上方存在无穷大的磁场，一带正电的粒子质量m、电量q、若它以速度v沿与虚线成00、300、600、900、1200、1500角分别射入，请你作出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。,有界磁场问题：,v,演示：洛伦兹力演示仪,工作原理：由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹。,两个平行的通电环形线圈可产生沿轴线方向的匀强磁场。,观察实验：,不加磁场：电子束径迹是直线,带电粒子在匀强用场中运动轨迹,加 磁 场：电子束径迹是圆周。（洛伦兹力提供向心力）,B变大、V定：电子束径迹半径变小,B定、V变大：电子束径迹半径变大,