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1、第六节 洛伦兹力与现代技术第1页，本讲稿共14页一、带电粒子在磁场中的运动一、带电粒子在磁场中的运动1、观察观察思考思考（不计重力）（不计重力）1 1）未加磁场时，电子的运动轨迹是怎样的？）未加磁场时，电子的运动轨迹是怎样的？2 2）电子垂直进入匀强磁场中，运动轨迹是怎）电子垂直进入匀强磁场中，运动轨迹是怎样的？样的？3 3）若电子以平行磁场的方向进入磁场，运动）若电子以平行磁场的方向进入磁场，运动轨迹是怎样的？轨迹是怎样的？2、结论、结论 1 1）V/B f=0 V/B f=0 匀速直线运动匀速直线运动 2 2）VB f=qBv VB f=qBv 匀速圆周运动匀速圆周运动第2页，本讲稿共14
2、页二、粒子在匀强磁场中运动的规律二、粒子在匀强磁场中运动的规律1、思考、思考:1)电子作圆周运动的向心力由什么力提供？电子作圆周运动的向心力由什么力提供？2）设粒子的质量为）设粒子的质量为m，电量为，电量为q，匀强磁场磁感应，匀强磁场磁感应强度为强度为B,则粒子运动的轨道半径则粒子运动的轨道半径r、周期、周期T如何表如何表示？（完成示？（完成p90的推导）的推导）2、规律：、规律：1）洛伦兹力提供向心力：）洛伦兹力提供向心力：2）第3页，本讲稿共14页1 1）V/B f=0 V/B f=0 匀速直线运动匀速直线运动 2 2）VB f=qBv VB f=qBv 匀速圆周运动匀速圆周运动 带电粒子
3、在匀强磁场中的运动：带电粒子在匀强磁场中的运动：洛伦兹力提供向心力洛伦兹力提供向心力第4页，本讲稿共14页练习练习1 1、如图为一有界的正方形匀强磁场区域，、如图为一有界的正方形匀强磁场区域，从从a a点以不同的速度水平射入两完全相同的点以不同的速度水平射入两完全相同的带电粒子，一个从带电粒子，一个从b b点射出，一个从点射出，一个从c c点射出，点射出，则从则从b b、c c两点射出的粒子的速度之比两点射出的粒子的速度之比 ；在磁场中的运动时间之比在磁场中的运动时间之比 。ddabc第5页，本讲稿共14页一、质谱仪一、质谱仪1、质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重、质谱仪是测量带电粒子质
4、量和分析同位素的重要工具要工具2、基本原理、基本原理将质量不等、电荷数相等的带电粒子经将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场，由同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场，由于粒子动量不同，引起轨迹半径不同而分开，于粒子动量不同，引起轨迹半径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素的种类。进而分析某元素中所含同位素的种类。第6页，本讲稿共14页3、推导、推导qU=mvqU=mv2 2/2qvB=mv2 2/rr=x/2r=x/2联立得联立得q/m=8U/B2 2x2 2B B1 1完善措施：完善措施：增加一个速度选择器，（问题：放置在哪增加一个速度选择器，（问题：放置在哪里
5、？）目的是什么？里？）目的是什么？第7页，本讲稿共14页 UqSS1xPB练习练习2：质谱仪的离子源质谱仪的离子源S S产生的各种不同正离产生的各种不同正离子束子束(速度可看作为零速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P P上，上，设离子在设离子在P P上的位置到入口处上的位置到入口处S S1 1的距离为的距离为x x，可以，可以判断判断()()A、若离子束是同位素，则、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大越大，离子质量越大B B、若离子束是同位素，则、若离子束是同位素，则、若离子束是同位素，
6、则、若离子束是同位素，则x x越大，越大，越大，越大，离子质量越小离子质量越小C C、只要、只要、只要、只要x x相同，则离子质量一定相同，则离子质量一定相同，则离子质量一定相同，则离子质量一定 相同相同D、只要、只要x相同，则离子的荷质比相同，则离子的荷质比 一定相同一定相同一定相同一定相同AD第8页，本讲稿共14页三、回旋加速器三、回旋加速器1、工作原理：、工作原理：电场给带电粒子加速电场给带电粒子加速 qu=mv qu=mv2 2/2/2 磁场改变运动方向磁场改变运动方向 qvB=mv qvB=mv2 2/r/r2、为保证每次通过、为保证每次通过D形盒间隙时，恰能受电场形盒间隙时，恰能受
7、电场力作用且加速，电源的频率应符合什么条件力作用且加速，电源的频率应符合什么条件？电源的频率等于粒子圆周运动的频率电源的频率等于粒子圆周运动的频率 =1/f粒子的周期有什么特点？经N次加速后粒子的速度如何表示？第9页，本讲稿共14页回旋加速器小结回旋加速器小结回旋加速器小结回旋加速器小结V0V1V2V3V4V51、带电粒子在两、带电粒子在两D形盒中形盒中回旋周期等于两盒狭缝之回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，间高频电场的变化周期，粒子每经过一个周期，被粒子每经过一个周期，被电场加速二次电场加速二次2、将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起来、将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起来是一个
8、初速度为零的匀加速直线运动是一个初速度为零的匀加速直线运动3、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，每次增加的动能为大一次，每次增加的动能为 所有各次半径之比为：所有各次半径之比为：第10页，本讲稿共14页4、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的。大半径是相同的。5、回旋加速器的出现，使人类在获得具有较高、回旋加速器的出现，使人类在获得具有较高能量的粒子的方面前进了一能量的粒子的方面前进了一 大步，了解其它类型大步，了解其它类型的加速器：的加速器：直线加速器、同步加速器、电子感直线加速器、同步加速器、电子感应加速器、串列加速器、电子对撞机等应加速器、串列加速器、电子对撞机等第11页，本讲稿共14页1 1加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，使带电粒子的动能增加，qU=Ek2 2直线加速器，多级加速直线加速器，多级加速如图所示是多级加速装置的原理图：如图所示是多级加速装置的原理图：（一）、直线加速器（一）、直线加速器第12页，本讲稿共14页+-如图，带电粒子垂直射如图，带电粒子垂直射入磁场，带电粒子的运入磁场，带电粒子的运动轨迹将会是怎样的？动轨迹将会是怎样的？B第13页，本讲稿共14页第14页，本讲稿共14页