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1、带电粒子在匀强磁场中的运动第1页，本讲稿共38页古往今来，人们一直在思考、探索：世界万古往今来，人们一直在思考、探索：世界万物究竟是由什么构成的？它有最小的基本结构物究竟是由什么构成的？它有最小的基本结构吗？面对微观世界的吗？面对微观世界的“基本基本”粒子，人类不断粒子，人类不断思考：有没有办法使带电粒子获得高能量，然思考：有没有办法使带电粒子获得高能量，然后去轰击原子核，通过观察它们的变化来探索后去轰击原子核，通过观察它们的变化来探索物质的微观世界？物质的微观世界？“要做更多的仪器，还要更多地测要做更多的仪器，还要更多地测量。量。”阿斯顿阿斯顿课堂引入课堂引入第2页，本讲稿共38页了解阿斯顿
2、了解阿斯顿了解阿斯顿了解阿斯顿 阿斯顿（阿斯顿（阿斯顿（阿斯顿（Francis Wi11iam AstonFrancis Wi11iam AstonFrancis Wi11iam AstonFrancis Wi11iam Aston）是英国物理学家，擅）是英国物理学家，擅）是英国物理学家，擅）是英国物理学家，擅长实验，知识渊博，自英国伯明翰大学毕业后，就到著名的长实验，知识渊博，自英国伯明翰大学毕业后，就到著名的长实验，知识渊博，自英国伯明翰大学毕业后，就到著名的长实验，知识渊博，自英国伯明翰大学毕业后，就到著名的卡文迪许实验室当了汤姆逊的助手。他长期从事同位素和质卡文迪许实验室当了汤姆逊的助
3、手。他长期从事同位素和质卡文迪许实验室当了汤姆逊的助手。他长期从事同位素和质卡文迪许实验室当了汤姆逊的助手。他长期从事同位素和质谱的研究。他首次制成了聚焦性能较高的质谱仪，并用此来谱的研究。他首次制成了聚焦性能较高的质谱仪，并用此来谱的研究。他首次制成了聚焦性能较高的质谱仪，并用此来谱的研究。他首次制成了聚焦性能较高的质谱仪，并用此来对许多元素对许多元素对许多元素对许多元素 的同位素及其丰的同位素及其丰的同位素及其丰的同位素及其丰度进行测量，从而肯定了同位度进行测量，从而肯定了同位度进行测量，从而肯定了同位度进行测量，从而肯定了同位素的普遍存在。同时根据对同素的普遍存在。同时根据对同素的普遍存
4、在。同时根据对同素的普遍存在。同时根据对同位素的研究，他还提出了元素位素的研究，他还提出了元素位素的研究，他还提出了元素位素的研究，他还提出了元素质量的整数法则。因此他荣获质量的整数法则。因此他荣获质量的整数法则。因此他荣获质量的整数法则。因此他荣获了了了了1922192219221922年的诺贝尔化学奖。年的诺贝尔化学奖。年的诺贝尔化学奖。年的诺贝尔化学奖。1945 1945 1945 1945年年年年11111111月月月月20202020日，阿斯顿日，阿斯顿日，阿斯顿日，阿斯顿在剑桥大学因病逝世，终年在剑桥大学因病逝世，终年在剑桥大学因病逝世，终年在剑桥大学因病逝世，终年68686868
5、岁。他制作和发明的许多仪器岁。他制作和发明的许多仪器岁。他制作和发明的许多仪器岁。他制作和发明的许多仪器都妥善地保存在伦敦博物馆和都妥善地保存在伦敦博物馆和都妥善地保存在伦敦博物馆和都妥善地保存在伦敦博物馆和卡文迪许实验室博物馆内。卡文迪许实验室博物馆内。卡文迪许实验室博物馆内。卡文迪许实验室博物馆内。第3页，本讲稿共38页第4页，本讲稿共38页介绍球形电子射线管介绍球形电子射线管介绍球形电子射线管介绍球形电子射线管第5页，本讲稿共38页球形电子射线管实验球形电子射线管实验球形电子射线管实验球形电子射线管实验第6页，本讲稿共38页带电粒子在磁场中的运动规律带电粒子在磁场中的运动规律F F洛洛1
6、 1、若带电粒子运动方向、若带电粒子运动方向与磁场方向平行与磁场方向平行(vBvB)，则粒子不受洛伦兹力的，则粒子不受洛伦兹力的作用，粒子作作用，粒子作匀速直线运匀速直线运动动；Bv v2 2、若带电粒子的运动方向、若带电粒子的运动方向与磁场方向互相垂直与磁场方向互相垂直(vBvB )，则粒子在洛伦兹力作用，则粒子在洛伦兹力作用下，将作下，将作匀速圆周运动匀速圆周运动第7页，本讲稿共38页匀强磁场中带电粒子的匀速圆周运动匀强磁场中带电粒子的匀速圆周运动匀强磁场中带电粒子的匀速圆周运动匀强磁场中带电粒子的匀速圆周运动1 1 1 1、向心力由洛仑兹力提供、向心力由洛仑兹力提供、向心力由洛仑兹力提供
7、、向心力由洛仑兹力提供2 2 2 2、轨道半径公式、轨道半径公式、轨道半径公式、轨道半径公式3 3 3 3、周期、周期、周期、周期 周期与运动速率无关，仅由周期与运动速率无关，仅由周期与运动速率无关，仅由周期与运动速率无关，仅由粒子本身及磁场决定。粒子本身及磁场决定。粒子本身及磁场决定。粒子本身及磁场决定。角速度角速度角速度角速度第8页，本讲稿共38页带电粒子在气泡室中的径迹带电粒子在气泡室中的径迹第9页，本讲稿共38页质谱仪质谱仪1 1 1 1、电场中加速、电场中加速、电场中加速、电场中加速2 2、磁场中的匀、磁场中的匀速圆周运动：速圆周运动：所测粒子的荷质比：所测粒子的荷质比：所测粒子的荷
8、质比：所测粒子的荷质比：第10页，本讲稿共38页1 1 1 1、质谱线：容器、质谱线：容器、质谱线：容器、质谱线：容器A A A A中含有电荷量相同而质量不同的粒子，进入磁场中含有电荷量相同而质量不同的粒子，进入磁场中含有电荷量相同而质量不同的粒子，进入磁场中含有电荷量相同而质量不同的粒子，进入磁场后将做不同半径的圆周运动，打到照相底片后将做不同半径的圆周运动，打到照相底片后将做不同半径的圆周运动，打到照相底片后将做不同半径的圆周运动，打到照相底片D D D D的不同地方，形成谱线的不同地方，形成谱线的不同地方，形成谱线的不同地方，形成谱线状的细条。状的细条。状的细条。状的细条。2 2 2 2
9、、质谱仪：每一条谱线对、质谱仪：每一条谱线对、质谱仪：每一条谱线对、质谱仪：每一条谱线对应一定的质量，从谱线位置应一定的质量，从谱线位置应一定的质量，从谱线位置应一定的质量，从谱线位置可测知半径，若已知粒子的可测知半径，若已知粒子的可测知半径，若已知粒子的可测知半径，若已知粒子的带电量带电量带电量带电量q q q q，就可求出粒子的，就可求出粒子的，就可求出粒子的，就可求出粒子的质量质量质量质量m m m m。3 3 3 3、利用质谱仪对某种元素进、利用质谱仪对某种元素进、利用质谱仪对某种元素进、利用质谱仪对某种元素进行测量，可以准确地测出各行测量，可以准确地测出各行测量，可以准确地测出各行测
10、量，可以准确地测出各种同位素的原子量。种同位素的原子量。种同位素的原子量。种同位素的原子量。锗锗4 4 4 4、质谱仪是测量带电粒子、质谱仪是测量带电粒子、质谱仪是测量带电粒子、质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重的质量和分析同位素的重的质量和分析同位素的重的质量和分析同位素的重要工具。要工具。要工具。要工具。质谱仪最初是由汤姆生质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计的，他的学生阿斯顿设计的，他用质谱仪首先得到了氖用质谱仪首先得到了氖-20-20和氖和氖-22-22的质谱线，证实了的质谱线，证实了同位素的存在。同位素的存在。质谱仪质谱仪质谱仪质谱仪第11页，本讲稿共38页早期的直线加速器早
11、期的直线加速器2 2、特点：、特点：高压电源高压电源粒子获得最高能粒子获得最高能量可达量可达10Mev10MevU UE EK K=mv=mv2 2/2=qU/2=qU1 1、原理：利用电、原理：利用电场加速带电粒子场加速带电粒子第12页，本讲稿共38页直线加速器直线加速器 加速原理：由动能定理得，带电粒子经加速原理：由动能定理得，带电粒子经n n级级的电场加速后，增加的动能为：的电场加速后，增加的动能为：通过多级加速获得高能粒子通过多级加速获得高能粒子通过多级加速获得高能粒子通过多级加速获得高能粒子第13页，本讲稿共38页多级直线加速器应具备的条件：多级直线加速器应具备的条件：多级直线加速器
12、应具备的条件：多级直线加速器应具备的条件：为了保证带电粒子一直加速，应采用交变电源提为了保证带电粒子一直加速，应采用交变电源提为了保证带电粒子一直加速，应采用交变电源提为了保证带电粒子一直加速，应采用交变电源提供加速电压，且在加速电场以外的区域需静电屏蔽，同供加速电压，且在加速电场以外的区域需静电屏蔽，同供加速电压，且在加速电场以外的区域需静电屏蔽，同供加速电压，且在加速电场以外的区域需静电屏蔽，同时还要求电场交替变化的周期与带电粒子运动的变化周时还要求电场交替变化的周期与带电粒子运动的变化周时还要求电场交替变化的周期与带电粒子运动的变化周时还要求电场交替变化的周期与带电粒子运动的变化周期同步
13、。期同步。期同步。期同步。筒间加速筒间加速筒内静电屏蔽筒内静电屏蔽 直线加速器占有的空间范围大，在有限的空直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制。间范围内制造直线加速器受到一定的限制。直线加速器直线加速器直线加速器直线加速器第14页，本讲稿共38页直线加速器直线加速器第15页，本讲稿共38页回旋加速器回旋加速器 1932 1932 1932 1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在现了在现了在现了在较小的空间范围较小的空间范围
14、内进行多级加速。内进行多级加速。第16页，本讲稿共38页了解劳伦斯了解劳伦斯 劳伦斯劳伦斯劳伦斯劳伦斯(Ernest Orlando RawrenceErnest Orlando RawrenceErnest Orlando RawrenceErnest Orlando Rawrence)是美国著名物理学家、回旋加速器的发是美国著名物理学家、回旋加速器的发是美国著名物理学家、回旋加速器的发是美国著名物理学家、回旋加速器的发明者，明者，明者，明者，1901190119011901年年年年8 8 8 8月月月月8 8 8 8日出生于美国达科他州南部的坎顿，是一个教书世家，其祖父日出生于美国达科他州
15、南部的坎顿，是一个教书世家，其祖父日出生于美国达科他州南部的坎顿，是一个教书世家，其祖父日出生于美国达科他州南部的坎顿，是一个教书世家，其祖父及父母都是教师，他年仅及父母都是教师，他年仅及父母都是教师，他年仅及父母都是教师，他年仅30303030岁就闻名于全世界。岁就闻名于全世界。岁就闻名于全世界。岁就闻名于全世界。1930193019301930年，劳伦斯受聘于伯克利加年，劳伦斯受聘于伯克利加年，劳伦斯受聘于伯克利加年，劳伦斯受聘于伯克利加利福尼亚大学担任物理学教授。为了研究核物理，劳伦斯提出一种使粒子作曲线利福尼亚大学担任物理学教授。为了研究核物理，劳伦斯提出一种使粒子作曲线利福尼亚大学担
16、任物理学教授。为了研究核物理，劳伦斯提出一种使粒子作曲线利福尼亚大学担任物理学教授。为了研究核物理，劳伦斯提出一种使粒子作曲线运动并同时加速的方案。因人工放射性方面的成果于运动并同时加速的方案。因人工放射性方面的成果于运动并同时加速的方案。因人工放射性方面的成果于运动并同时加速的方案。因人工放射性方面的成果于1939193919391939年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。1940194019401940年，劳伦斯成为麻省理工学院内的年，劳伦斯成为麻省理工学院内的年，劳伦斯成为麻省理工学院内的年，劳伦斯成为麻省理工学院内的另一辐射实验室的美国物理学
17、家之一。在他的实验室另一辐射实验室的美国物理学家之一。在他的实验室另一辐射实验室的美国物理学家之一。在他的实验室另一辐射实验室的美国物理学家之一。在他的实验室中工作过的人，有八人获诺贝尔奖的殊荣，其中四人中工作过的人，有八人获诺贝尔奖的殊荣，其中四人中工作过的人，有八人获诺贝尔奖的殊荣，其中四人中工作过的人，有八人获诺贝尔奖的殊荣，其中四人是劳伦斯的徒弟或低级合作者，另外四人则是以别的是劳伦斯的徒弟或低级合作者，另外四人则是以别的是劳伦斯的徒弟或低级合作者，另外四人则是以别的是劳伦斯的徒弟或低级合作者，另外四人则是以别的方式同方式同方式同方式同“辐射实验室辐射实验室辐射实验室辐射实验室”有联系
18、的。有联系的。有联系的。有联系的。第17页，本讲稿共38页回旋加速器的原理回旋加速器的原理第18页，本讲稿共38页 原理原理：利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运：利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运：利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运：利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件加速器的核心部件加速器的核心部件加速器的核心部件两个两个两个两个D D D D形盒和其间的窄缝内完成。形盒和其间的窄
19、缝内完成。形盒和其间的窄缝内完成。形盒和其间的窄缝内完成。回旋加速器的原理回旋加速器的原理第19页，本讲稿共38页1 1 1 1、磁场的作用磁场的作用磁场的作用磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，并在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期和速磁场后，并在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期和速磁场后，并在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期和速磁场后，并在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期和速率、半径均无关，带电粒子每次进入率、半径均无关，带电粒子每次进
20、入率、半径均无关，带电粒子每次进入率、半径均无关，带电粒子每次进入D D D D形盒都运动相等的时间形盒都运动相等的时间形盒都运动相等的时间形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场中加速。（半个周期）后平行电场方向进入电场中加速。（半个周期）后平行电场方向进入电场中加速。（半个周期）后平行电场方向进入电场中加速。2 2 2 2、电场的作用电场的作用电场的作用电场的作用：回旋加速器的两个：回旋加速器的两个：回旋加速器的两个：回旋加速器的两个D D D D形盒之间的窄缝区域存在周形盒之间的窄缝区域存在周形盒之间的窄缝区域存在周形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两期性变化的并垂
21、直于两期性变化的并垂直于两期性变化的并垂直于两D D D D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速该区域时被加速该区域时被加速该区域时被加速3 3 3 3、交变电压的作用交变电压的作用交变电压的作用交变电压的作用：为了保证带：为了保证带：为了保证带：为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，电粒子每次经过窄缝时都被加速，电粒子每次经过窄缝时都被加速，电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高，须在窄缝两侧使之能量不断提高，须在窄缝两侧使之能量不断提高，须在窄缝两侧使之能量不
22、断提高，须在窄缝两侧加上跟带电粒子在加上跟带电粒子在加上跟带电粒子在加上跟带电粒子在D D D D形盒中运动周期形盒中运动周期形盒中运动周期形盒中运动周期相同的交变电压。相同的交变电压。相同的交变电压。相同的交变电压。回旋加速器的原理回旋加速器的原理第20页，本讲稿共38页带电粒子在回旋加速器中获得的最终能量：带电粒子在回旋加速器中获得的最终能量：带电粒子在回旋加速器中获得的最终能量：带电粒子在回旋加速器中获得的最终能量：当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，若当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，若当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，若当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，
23、若D D D D形盒的半径为形盒的半径为形盒的半径为形盒的半径为R R R R，由，由，由，由R=mv/qBR=mv/qBR=mv/qBR=mv/qB及及及及E E E EK K K K=mv=mv=mv=mv2 2 2 2/2/2可得带电粒子可得带电粒子的最终动能为：的最终动能为：由此可得：由此可得：由此可得：由此可得：要提高加速要提高加速粒子的最终能量，应尽可能粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度增大磁感应强度B B和和D D形盒的形盒的半径半径R R。回旋加速器的原理回旋加速器的原理第21页，本讲稿共38页1 1 1 1、带电粒子在两、带电粒子在两、带电粒子在两、带电粒子在两D D D
24、 D形盒中回旋每经过一个周期，被电场加速二次形盒中回旋每经过一个周期，被电场加速二次形盒中回旋每经过一个周期，被电场加速二次形盒中回旋每经过一个周期，被电场加速二次2 2 2 2、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，每次增加的动能为每次增加的动能为每次增加的动能为每次增加的动能为 E EK K=qU=qU 3 3 3 3、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的，、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的，、对于同一回旋加
25、速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的，、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的，故有故有故有故有所有各次半径之比为：所有各次半径之比为：所有各次半径之比为：所有各次半径之比为：故在故在D D形盒中加形盒中加速的时间为速的时间为t=nTt=nT回旋加速器的原理回旋加速器的原理第22页，本讲稿共38页 回旋加速器的出现，使人回旋加速器的出现，使人类在获得具有较高能量的粒类在获得具有较高能量的粒子的方面前进了一大步，了子的方面前进了一大步，了解其它类型的加速器：直线解其它类型的加速器：直线加速器、同步加速器、电子加速器、同步加速器、电子感应加速器、串列加速器、感应加速器、串列加速器、电子
26、对撞机等。电子对撞机等。粒子加速器粒子加速器第23页，本讲稿共38页费米实验室环形加速器费米实验室环形加速器美国伊利诺依州美国伊利诺依州第24页，本讲稿共38页同步加速器同步加速器法国东南部格勒诺布尔法国东南部格勒诺布尔第25页，本讲稿共38页粒子加速器粒子加速器第26页，本讲稿共38页粒子加速器粒子加速器第27页，本讲稿共38页北京正负电子对撞机北京正负电子对撞机第28页，本讲稿共38页北京正负电子对撞机部分原理图北京正负电子对撞机部分原理图第29页，本讲稿共38页 带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压高低有关吗？速电压高低有关吗？加速电压越
27、高，带电粒子每次加速的动能加速电压越高，带电粒子每次加速的动能增量越大，回旋半径也增加越多，导致带电粒增量越大，回旋半径也增加越多，导致带电粒子在子在D D形盒中的回旋次数减少；反之，加速电形盒中的回旋次数减少；反之，加速电压越低，粒子在压越低，粒子在D D形盒中回旋的次数增多，可形盒中回旋的次数增多，可见加速电压的高低只影响带电粒子加速的总次见加速电压的高低只影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出时的速度和相应的动能。数，并不影响引出时的速度和相应的动能。思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论第30页，本讲稿共38页 1 1、关于回旋加速器中电场和磁场的作用的、关于回旋加速器中电场和磁场的
28、作用的叙述，正确的是叙述，正确的是()()A A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用、电场和磁场都对带电粒子起加速作用B B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的C C、只有电场能对带电粒子起加速作用、只有电场能对带电粒子起加速作用D D、磁场的作用是使带电粒子在、磁场的作用是使带电粒子在D D形盒中做匀形盒中做匀速圆周运动速圆周运动CD课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习第31页，本讲稿共38页课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习C C2 2、两个粒子带电量相等，在同一匀强、两个粒子带电量相等，在同一匀强磁场中只受磁场力而做匀速圆周运动，磁场中只受磁场力而做匀速圆周运
29、动，则则()A A、若速率相等，则半径相等、若速率相等，则半径相等 B B、若速率相等，则周期相等、若速率相等，则周期相等 C C、若质量和速度大小的乘积相等，则半径、若质量和速度大小的乘积相等，则半径相等相等D D、若动能相等，则周期相等、若动能相等，则周期相等第32页，本讲稿共38页3 3、倾角、倾角的光滑斜面处于垂直纸面向里的匀的光滑斜面处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为强磁场中，磁感应强度为B B，一滑块质量为，一滑块质量为m m，带电量为，带电量为-q-q，从斜面上静止开始下滑，求，从斜面上静止开始下滑，求滑块能在斜面上滑动时间滑块能在斜面上滑动时间t t为多少？为多少？-q
30、 mmgF洛洛课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习FN第33页，本讲稿共38页4 4 4 4、长长长长为为为为l l的的的的水水水水平平平平极极极极板板板板间间间间，有有有有垂垂垂垂直直直直纸纸纸纸面面面面向向向向里里里里的的的的匀匀匀匀强强强强磁磁磁磁场场场场，如如如如图图图图所所所所示示示示，磁磁磁磁感感感感应应应应强强强强度度度度为为为为B B B B，板板板板间间间间距距距距离离离离也也也也为为为为l l，板板板板不不不不带带带带电电电电，现现现现有有有有质质质质量量量量为为为为m m m m，电电电电量量量量为为为为q q q q的的的的带带带带正正正正电电电电粒粒粒粒子子子子（不不不不
31、计计计计重重重重力力力力），从从从从左左左左边边边边极极极极板板板板中中中中点点点点处处处处垂垂垂垂直直直直磁磁磁磁感感感感线线线线以以以以速速速速度度度度水水水水平平平平射射射射入入入入磁磁磁磁场场场场，欲欲欲欲使使使使粒粒粒粒子子子子不不不不打打打打在在在在极极极极板板板板上上上上，可可可可采采采采用用用用的的的的办办办办法法法法是是是是：（）A A A A、使粒子的速度、使粒子的速度、使粒子的速度、使粒子的速度 B B B B、使粒子的速度、使粒子的速度、使粒子的速度、使粒子的速度C C C C、使粒子的速度、使粒子的速度、使粒子的速度、使粒子的速度 D D D D、使粒子的速度、使粒子
32、的速度、使粒子的速度、使粒子的速度 ABO O1 1R R1 1BO O2 2R R2 2课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习第34页，本讲稿共38页 5 5 5 5、如图所示，在、如图所示，在、如图所示，在、如图所示，在x x x x轴上方有匀强磁场轴上方有匀强磁场轴上方有匀强磁场轴上方有匀强磁场B B B B，一个质，一个质，一个质，一个质量为量为量为量为m m m m，带电量为，带电量为，带电量为，带电量为-q-q-q-q的的粒子，以速度的的粒子，以速度的的粒子，以速度的的粒子，以速度v v v v从从从从O O O O点射入点射入点射入点射入磁场，磁场，磁场，磁场，角已知，粒子重力不计，求
33、角已知，粒子重力不计，求角已知，粒子重力不计，求角已知，粒子重力不计，求(1)(1)(1)(1)粒子在粒子在粒子在粒子在磁场中的运动时间磁场中的运动时间磁场中的运动时间磁场中的运动时间.(2)(2)粒子离开磁场的位置粒子离开磁场的位置.课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习第35页，本讲稿共38页 6 6、一带电量为、一带电量为3103108 8 8 8C C C C的粒子垂直射入磁感应强的粒子垂直射入磁感应强的粒子垂直射入磁感应强的粒子垂直射入磁感应强度度度度B B B B0.8T0.8T0.8T0.8T的匀强磁场中，它从的匀强磁场中，它从的匀强磁场中，它从的匀强磁场中，它从a a a a点到点到
34、点到点到b b b b点需点需点需点需2102102102104 4 4 4s s s s，从从从从b b b b点到点到点到点到a a a a点需点需点需点需101010103 3s s，abab相距相距0.3m0.3m，若粒子速度为，若粒子速度为10m/s10m/s，则该粒子的质量大小为多少？，则该粒子的质量大小为多少？60a ab bO O课堂练习课堂练习7.2107.210-10-10kgkg第36页，本讲稿共38页7 7、已个绝缘的光滑半圆形轨道，半径为、已个绝缘的光滑半圆形轨道，半径为R R，竖直放，竖直放置在磁感应强度为置在磁感应强度为B B，方向与轨道平面垂直的匀强，方向与轨道
35、平面垂直的匀强磁场中，轨道两端在同一水平面上，如图所示，如磁场中，轨道两端在同一水平面上，如图所示，如果一个质量为果一个质量为m m，带电量为，带电量为+q+q的小球，从左端点静的小球，从左端点静止开始滑下，小球运动过程中始终与轨道接触，求止开始滑下，小球运动过程中始终与轨道接触，求小球运动到最低点对轨道压力小球运动到最低点对轨道压力F FN N的大小的大小的大小的大小?课堂练习课堂练习洛伦兹力不做功！洛伦兹力不做功！洛伦兹力不做功！洛伦兹力不做功！第37页，本讲稿共38页8 8 8 8、回旋加速器、回旋加速器、回旋加速器、回旋加速器D D D D形盒中央为质子流，形盒中央为质子流，形盒中央为
36、质子流，形盒中央为质子流，D D D D形盒间的交变形盒间的交变形盒间的交变形盒间的交变电压为电压为电压为电压为U=210U=210U=210U=2104 4 4 4V V，静止质子经电场加速后，进入，静止质子经电场加速后，进入D D形形盒，其最大轨道半径盒，其最大轨道半径R=1mR=1m，磁场的磁感应强度，磁场的磁感应强度B B0.5T0.5T，质子的质量，质子的质量m=1.6710m=1.67102727kgkgkgkg。问：。问：。问：。问：（1 1）质子经回旋加速器最后得到的动能是多大？）质子经回旋加速器最后得到的动能是多大？共加速了多少次？共加速了多少次？（2 2 2 2）交变电源的频率是多大？）交变电源的频率是多大？）交变电源的频率是多大？）交变电源的频率是多大？动能：动能：1.92101.9210-12-12J J次数：次数：6.0106.0102 2频率：频率：7.6107.6106 6HzHz课堂练习课堂练习第38页，本讲稿共38页