1、应用：应用：同一磁场中不同带电粒子的迹径不同同一磁场中不同带电粒子的迹径不同qBmvr 能否根据带电粒子的运动轨迹分辨初速度为能否根据带电粒子的运动轨迹分辨初速度为零但比荷不同的粒子？零但比荷不同的粒子？质谱仪质谱仪通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器的比荷或质量及分析同位素的仪器. 例例1： 一个质量为一个质量为m、电荷量为、电荷量为q的粒子，从容器的粒子，从容器下方的小孔下方的小孔S1飘入电势差为飘入电势差为U的加速电场，其初速度几的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过乎为零，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应沿着与
2、磁场垂直的方向进入磁感应强度为强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。上。（1）求粒子进入磁场时的速率。）求粒子进入磁场时的速率。（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。）求粒子在磁场中运动的轨道半径。mq2vqUmv21S S221U可得：能间，电场力做功获得动在qmU2B1rvqmvrrvmqvv2可得：代入力提供向心力垂直进入磁场，洛伦兹以速度BB 可见半径不同可见半径不同意味着比荷不同，意味着比荷不同，意味着它们是不同意味着它们是不同的粒子的粒子 氘核和氘核和粒子，从静止开始经相同粒子，从静止开始经相同电场加速后，垂直进入同一匀强磁场作电场加速后，垂直进入
3、同一匀强磁场作圆周运动圆周运动.则这两个粒子的则这两个粒子的 (1)动能之比为多少动能之比为多少? (2)轨道半径之比为多少轨道半径之比为多少? (3)周期之比为多少周期之比为多少?巩固训练巩固训练1:21:11:1加速器加速器问题问题1：用什么方法可以加速带电粒子：用什么方法可以加速带电粒子? 利用加速电场可以加速带电粒子利用加速电场可以加速带电粒子+U+问题问题2：要使一个带正电粒子获得更大的：要使一个带正电粒子获得更大的 速度速度(能量能量)? 采用多个电场采用多个电场,使带电粒子多级加速使带电粒子多级加速采用上图进行多级加速采用上图进行多级加速,真的可行吗真的可行吗?有什么问题有什么问
4、题?如何改进如何改进?1932年年,美国物理学家劳仑斯发明了美国物理学家劳仑斯发明了从而使人类在获得具有较高能量的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获了诺贝尔物理学奖用磁场控制轨道、用电场进行加速用磁场控制轨道、用电场进行加速粒子被加速后，运动速率和运动粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动半径都会增加，它的运动不变无关、与TrvqBmT2在回旋加速器中，如果两个在回旋加速器中，如果两个D型盒型盒不是分别接在不是分别接在的两极上，而的两极上，而是接在是接在的两极上，那么带电粒子能否的两极上，那么带电粒
5、子能否被加速？请在图中画出粒子的运动轨迹。被加速？请在图中画出粒子的运动轨迹。 ? 要使粒子每次经过电场都被加速，要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个应在电极上加一个 电压。电压。根据下图，说一说为使带电粒子不断得到根据下图，说一说为使带电粒子不断得到加速，提供的电压应符合怎样的要求？加速，提供的电压应符合怎样的要求？ 回旋加速器加速的带电粒子的回旋加速器加速的带电粒子的最终能量由哪些因素决定最终能量由哪些因素决定?观点观点1：认为：认为，最终的能量应与磁场无关。应与电场有关，最终的能量应与磁场无关。应与电场有关，加速加速观点观点2：运动半径最大运动半径最大Rm=mVm/qB,得得
6、Vm=qBRm/m 半径最大时，速度也应最大。半径最大时，速度也应最大。带电粒子的运动带电粒子的运动时，粒子的速度达到最大。时，粒子的速度达到最大。对吗？对吗？已知已知D形盒的直径为形盒的直径为D，匀强磁场，匀强磁场的磁感应强度为的磁感应强度为B，交变电压的电压为，交变电压的电压为U，求：从出口射出时，粒子的速度求：从出口射出时，粒子的速度v=?mvRqBqBRvm已知已知D形盒的直径为形盒的直径为D，匀强磁场的磁感，匀强磁场的磁感应强度为应强度为B，交变电压的电压为，交变电压的电压为U，求求:(1)从出口射出时，粒子的动能从出口射出时，粒子的动能Ek=? (2)要增大粒子的最大动能可采取哪些
7、措施要增大粒子的最大动能可采取哪些措施?mvRqB221mvEK2222Kq B REmR越大，越大，EK越大，是不是只要越大，是不是只要R不断增大，不断增大， EK 就可以无限制增大呢就可以无限制增大呢?2222Kq B REm实际并非如此例如：用这种经典的回旋加速实际并非如此例如：用这种经典的回旋加速器来加速粒子，最高能量只能达到器来加速粒子，最高能量只能达到20MeV这这是因为是因为，从而使，从而使，这这就就破坏了加速器的同步条件破坏了加速器的同步条件2、交变电场的周期和粒子的运动周期、交变电场的周期和粒子的运动周期T相同相同-保证粒子每次经过交变电场保证粒子每次经过交变电场时都被加速时
8、都被加速1、 粒子在匀强磁场中的运动周期不变粒子在匀强磁场中的运动周期不变 3 3、粒子加速的最大速度由盒的半径决定、粒子加速的最大速度由盒的半径决定为了获得更高能量的带电粒子，人为了获得更高能量的带电粒子，人们又继续寻找新的途径例如，设们又继续寻找新的途径例如，设法使交变电源的变化周期始终与粒法使交变电源的变化周期始终与粒子的回旋周期保持一致，于是就出子的回旋周期保持一致，于是就出现了同步回旋加速器除此之外，现了同步回旋加速器除此之外，人们还设计制造出多种其它的新型人们还设计制造出多种其它的新型加速器目前世界上最大的加速器加速器目前世界上最大的加速器已能使质子达到已能使质子达到10000亿亿
9、eV(106MeV)以上的能量以上的能量例例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作用的叙述，正确的是叙述，正确的是( )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、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、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、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形盒中做形盒中做匀速圆周运动匀速圆周运动CD例例2：质量为：质量为m、带电量为、带电量为q的带电粒子在回旋加的带电粒子在回旋加速器中央速器中央由静止释放，在电场加速由静止释放，在电场
10、加速后进入磁感应强度为后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动，的匀强磁场中做圆周运动，设电场的加速电压为设电场的加速电压为U，则粒子第一次做匀速圆，则粒子第一次做匀速圆周运动的轨道半径周运动的轨道半径R0= ，粒子在磁场中的周，粒子在磁场中的周期期T= 。2021mvqU qBmvR00qBmT221例例3：一回旋加速器，可把质子加速到：一回旋加速器，可把质子加速到v，使它获得动能使它获得动能EK（1）能把）能把粒子加速到的速度为粒子加速到的速度为?（2）能把）能把粒子加速到的动能为粒子加速到的动能为?（3）加速）加速粒子的交变电场频率与加速质粒子的交变电场频率与加速质子的交变电场频率之比为子的交变电场频率之比为?V21kE2:1本课小结：本课小结：二、应用：二、应用： 1、质谱仪：研究同位素（测荷质比）的、质谱仪：研究同位素（测荷质比）的 装置装置 由加速电场、偏转磁场等组成由加速电场、偏转磁场等组成2、回旋加速器：使带电粒子获得高能量、回旋加速器：使带电粒子获得高能量的装置的装置由由D形盒、高频交变电场等组成形盒、高频交变电场等组成
