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1、五、带电粒子在磁五、带电粒子在磁场中的运动场中的运动、带电粒子在匀强用场中运动轨迹 点击右图观看实验大量实验表明：带电粒子只受洛伦兹力作用（重力通常忽略不计）的条件下，在匀强磁场中有两种典型的运动：1v平行平行B时，做匀速直线运动时，做匀速直线运动2v垂直垂直B时，做匀速圆周运动时，做匀速圆周运动洛伦兹力提供了带电粒子做匀速圆周运动所需的向心力 二、轨道半径和运动周期 1轨道半径 r，洛伦兹力提供向心力：由：得：在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子，轨道半径跟运动速率成正比2运动周期T 由：得：周期跟轨道半径和运动速率均无关例题：如如图图所所示示，一一束束质质量量、速速度度和和电电量量不不等等
2、的的正正离离子子垂垂直直地地射射入入匀匀强强磁磁场场和和匀匀强强电电场场正正交交的的区区域域里里，结结果果发发现现有有些些离离子子保保持持原原来来的的运运动动方方向向，未未发发生生任任何何偏偏转转如如果果让让这这些些不不偏偏转转离离子子进进入入另另一一匀匀强强磁磁场场中中，发发现现这这些些离离子子又又分分裂裂成成几几束对这些进入后一磁场的离子，可得出结论：束对这些进入后一磁场的离子，可得出结论：A它们的动能一定各不相同；它们的动能一定各不相同；B它们的电量一定各不相同；它们的电量一定各不相同；C它们的质量一定各不相同；它们的质量一定各不相同；D它们的电量与质量之比一它们的电量与质量之比一定各不
3、相同定各不相同 解析：对在匀强电场和磁场正交区域内保持原来的运动方向的粒子，其电场力等于洛伦兹力：得：即速度相同的粒子进入到后一磁场，由偏转半径r=mv/qB不同，知它们的荷质比一定各不相同 所以 D 正确三、质谱仪、电电场场和和磁磁场场都都能能对对带带电电粒粒子子施施加加影影响响，电电场场既既能能使使带带电电粒粒子子加加速速，又又能能使使带带电电粒粒子子偏偏转转；磁磁场场虽虽不不能能使使带带电电粒粒子子速速率率变变化化，但能使带电粒子发生偏转但能使带电粒子发生偏转、质质谱谱仪仪：利利用用磁磁场场对对带带电电粒粒子子的的偏偏转转，由由带带电电粒粒子子的的电电荷荷量量，轨轨道道半半径径确确定定其
4、其质质量的仪器，叫做量的仪器，叫做质谱仪质谱仪、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4、质谱仪工作原理一、直线加速器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，qU=Ek2直线加速器，多级加速如图所示是多级加速装置的原理图：由动能定理得带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为：3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二、回旋加速器 11932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在较小的空间范围内进行多级加速2工作原理：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
5、，这些过程在回旋加速器的核心部件两个D形盒和其间的窄缝内完成.点击下图观看回旋加速器原理讲解（1 1）磁磁场场的的作作用用：带带电电粒粒子子以以某某一一速速度度垂垂直直磁磁场场方方向向进进入入匀匀强强磁磁场场后后，并并在在洛洛伦伦兹兹力力作作用用下下做做匀匀速速圆圆周周运运动动，其其周周期期和和速速率率、半半径径均均无无关关，带带电电粒粒子子每每次次进进入入D形形盒盒都都运运动动相相等等的的时时间间（半半个个周周期期）后后平平行行电电场场方方向进入电场中加速向进入电场中加速（2 2）电电场场的的作作用用：回回旋旋加加速速器器的的两两个个D形形盒盒之之间间的的窄窄缝缝区区域域存存在在周周期期性性
6、变变化化的的并并垂垂直直于于两两D形形盒盒正正对对截截面面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速（3 3）交交变变电电压压：为为了了保保证证带带电电粒粒子子每每次次经经过过窄窄缝缝时时都都被被加加速速，使使之之能能量量不不断断提提高高，须须在在窄窄缝缝两两侧侧加加上上跟跟带带电粒子在电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压形盒中运动周期相同的交变电压3带电粒子的最终能量当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由r=mv/qB得v=rqB/m，若D形盒的半径为R，则带电粒子的最终动能：所以，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R
7、例：为什么带电粒子经回旋加速器例：为什么带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关？加速后的最终能量与加速电压无关？解析解析：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，导致带电粒子在D形盒中的回旋次数越少；反之，加速电压越低，粒子在D形盒中回旋的次数越多，可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，由 可知，增强B和增大R可提高加速粒子的最终能量，与加速电压高低无关小结：带电粒子（不计重力）垂直进入匀强磁场后，做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，半径：周期：回旋加速器利用两D形盒窄缝间的电场使带电粒子加速，利用D形盒内的磁场使带电粒子偏转，带电粒子所能获得的最终能量与B和R有关，与U无关作业：