带电粒子在匀强磁场中的运动PPT课件.ppt
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1、3.6 3.6 带电粒子在匀强磁场中带电粒子在匀强磁场中 的运动的运动2020年9月28日2图图12020年9月28日3(一)(一)质谱仪质谱仪测量带电粒子的质量测量带电粒子的质量分析同位素分析同位素二、实际应用二、实际应用(二)(二)回旋加速器回旋加速器1 1、作用:产生高速运动的粒子、作用:产生高速运动的粒子2 2、原理、原理1 1)两)两D D形盒中有匀强磁场无电形盒中有匀强磁场无电场,盒间缝隙有交变电场。场,盒间缝隙有交变电场。2 2)交变电场的周期等于粒子做)交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。匀速圆周运动的周期。3 3)粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。)粒子最后出
2、加速器的速度大小由盒的半径决定。例题例题3 3、注意、注意1 1、带电粒子在匀强磁场中的运动周期、带电粒子在匀强磁场中的运动周期 跟跟运动速率和轨道半径无关,对于一定的带电粒子和运动速率和轨道半径无关,对于一定的带电粒子和一定的磁感应强度来说,这个周期是恒定的。一定的磁感应强度来说,这个周期是恒定的。2 mTqB2 2、交变电场的往复变化周期和粒子的运动周期、交变电场的往复变化周期和粒子的运动周期T T相同,相同,这样就可以保证粒子在每次经过交变电场时都被加速。这样就可以保证粒子在每次经过交变电场时都被加速。3 3、由于侠义相对论的限制,回旋加速器只能把粒子、由于侠义相对论的限制,回旋加速器只
3、能把粒子加速到一定的能量。加速到一定的能量。 回旋加速器中磁场的磁感应强度为回旋加速器中磁场的磁感应强度为B B,D D形盒的直形盒的直径为径为d d,用该回旋加速器加速质量为,用该回旋加速器加速质量为mm、电量为、电量为q q的粒子,的粒子,设粒子加速前的初速度为零。求:设粒子加速前的初速度为零。求:(1 1) 粒子的回转周期是多大?粒子的回转周期是多大?(2 2)高频电极的周期为多大?)高频电极的周期为多大?(3 3) 粒子的最大动能是多大?粒子的最大动能是多大?(4 4) 粒子在同一个粒子在同一个D D形盒中相形盒中相邻两条轨道半径之比邻两条轨道半径之比一:一:实验演示实验演示a a、不
4、加磁场时观察电子束的径迹、不加磁场时观察电子束的径迹b b、保持初射电子的速度不变,改、保持初射电子的速度不变,改变磁感应强度,观察电子束径迹的变磁感应强度,观察电子束径迹的变化变化c c、保持磁感应强度不变,改变出、保持磁感应强度不变,改变出射电子的速度,观察电子束径迹射电子的速度,观察电子束径迹的变化的变化实验结论实验结论沿着与磁场垂直的方向射入磁场的沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子,在匀强磁场中做匀速圆周带电粒子,在匀强磁场中做匀速圆周运动。运动。磁场强度不变,粒子射入的速度磁场强度不变,粒子射入的速度增加,轨道半径也增大。增加,轨道半径也增大。粒子射入速度不变,磁场强度增粒子射入
5、速度不变,磁场强度增大,轨道半径减小。大,轨道半径减小。二、带电粒子在匀强磁场中的运动二、带电粒子在匀强磁场中的运动1 1、理论推导、理论推导 沿着与磁场沿着与磁场垂直垂直的方向射入磁场的带的方向射入磁场的带电粒子,在电粒子,在匀强匀强磁场中做匀速圆周运动磁场中做匀速圆周运动问题问题3 3:推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径半径r r和运动周期和运动周期T T,与粒子的速度,与粒子的速度v v和磁场和磁场的强度的强度B B的关系表达式的关系表达式1 1)圆周运动的半径)圆周运动的半径mvRqB2 2)圆周运动的周期)圆周运动的周期2 mTqB2vq
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