带电粒子在磁场中的运动解析课件.ppt

1、【课前复习课前复习】1一电量为一电量为q的带电粒子以速度的带电粒子以速度v垂直进入磁感应垂直进入磁感应强度为强度为B的匀强磁场中时，受到的洛伦兹力大小的匀强磁场中时，受到的洛伦兹力大小为为_，洛伦兹力的方向由，洛伦兹力的方向由_判断判断2做匀速圆周运动的条件：做匀速圆周运动的条件：（1）_；（2）_物体具有一定的初速度物体具有一定的初速度v0；物体受到的合力与物体受到的合力与v0始终垂直，始终垂直，且合力大小不变且合力大小不变一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动情况一情况一:带电粒子平行磁场方向进入磁场带电粒子平行磁场方向进入磁场:情况二情况二:带电粒子垂直磁场方向进入

2、磁场带电粒子垂直磁场方向进入磁场:情况三情况三:若带电粒子射入磁场时速度方向与磁场方向若带电粒子射入磁场时速度方向与磁场方向有一定夹角有一定夹角(090或或90180);一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动情况一情况一:带电粒子平行磁场方向进入磁场带电粒子平行磁场方向进入磁场:方法分析方法分析:物体的运动形式与其初速度和合力有必然联系物体的运动形式与其初速度和合力有必然联系粒子在此情况下的受力粒子在此情况下的受力:洛论滋力为洛论滋力为0结论结论:带电粒子将做匀速直线运动带电粒子将做匀速直线运动.v例例1 1、当一带正电、当一带正电q q的粒子以速度的粒子以速度v v沿螺

3、线管中轴沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则线进入该通电螺线管，若不计重力，则 A A带电粒子速度大小改变；带电粒子速度大小改变；B B带电粒子速度方向改变；带电粒子速度方向改变；C C带电粒子速度大小不变；带电粒子速度大小不变；D D带电粒子速度方向不变。带电粒子速度方向不变。CD一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动情况一情况一:带电粒子平行磁场方向进入磁场带电粒子平行磁场方向进入磁场:情况二情况二:带电粒子垂直磁场方向进入磁场带电粒子垂直磁场方向进入磁场:粒子做匀速直线运粒子做匀速直线运动动受力分析受力分析:洛伦滋力洛伦滋力大小大小:F=qvB 方向方向:

4、与速度垂直与速度垂直速度情况速度情况:速度时刻与洛伦滋力垂直速度时刻与洛伦滋力垂直,大小不变大小不变.结论结论:带电粒子做匀速圆周运动带电粒子做匀速圆周运动带电粒子在匀强磁场做匀速圆周运动分析带电粒子在匀强磁场做匀速圆周运动分析:BqmvF向向=mv2/rF洛洛=BqvF向向=F洛洛=mv2/r=Bqv 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时向心力由洛伦兹力提供。向心力由洛伦兹力提供。r=1、向心力的来源：、向心力的来源：2、圆周运动的半径：、圆周运动的半径：3）速度相同，比荷不同的带电粒子垂直进入同一）速度相同，比荷不同的带电粒子垂直进入同一匀强磁场，它们的

5、轨道半径关系如何？匀强磁场，它们的轨道半径关系如何？讨论：讨论：1）粒子运动轨道半径与哪些因素有关，关系如何？）粒子运动轨道半径与哪些因素有关，关系如何？2）质量不同电量相同的带电粒子，若以大小相等）质量不同电量相同的带电粒子，若以大小相等的动量垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径的动量垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何？关系如何？2KmEmvPrBqBqBq半径相等半径不等例例2、质子和质子和粒子以相同的动能垂直进入同粒子以相同的动能垂直进入同 一磁场，它们能分开吗？一磁场，它们能分开吗？轨道是相同的，即分不开轨道是相同的，即分不开T=vr2因因r=BqmvT=Bqm23.3.带电

6、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由由圆周运动的周期与周长和速率的关系可得圆周运动的周期与周长和速率的关系可得可推出带电粒子在磁场中的周期可推出带电粒子在磁场中的周期3）速率不同、质量也不同的两带电粒子进入同）速率不同、质量也不同的两带电粒子进入同一磁场做圆周运动，若它们的周期相同，则它一磁场做圆周运动，若它们的周期相同，则它们什么物理量相同们什么物理量相同？讨论：讨论：1）带电粒子在磁场中做圆周运动的周期大小）带电粒子在磁场中做圆周运动的周期大小与哪些因素有关？关系如何？与哪些因素有关？关系如何？2）同一带电粒子，在磁场中做圆周运动，当它）同一带电粒子，在磁场中做圆周运

7、动，当它的速率增大时，其周期是否改变？的速率增大时，其周期是否改变？2TmB q不变不变荷质比相同荷质比相同4、圆心的确定：、圆心的确定：从匀强磁场边缘垂直磁场射入的带电粒子，它在磁场中从匀强磁场边缘垂直磁场射入的带电粒子，它在磁场中的运动轨迹有可能不是一个完整的圆，仅是一段圆弧在的运动轨迹有可能不是一个完整的圆，仅是一段圆弧在实际问题中圆心位置的确定极为重要，通常有两个方法：实际问题中圆心位置的确定极为重要，通常有两个方法：已知已知入射方向和出射方向入射方向和出射方向时，时，可分别作通过入射点和出射点垂可分别作通过入射点和出射点垂直于入射方向和出射方向的直线，直于入射方向和出射方向的直线，两

8、条直线的交点就是圆弧轨道的两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心如图所示，图中圆心如图所示，图中P为入射为入射点，点，M为出射点为出射点已知已知入射方向和出射点的位置入射方向和出射点的位置时，可以通过入射时，可以通过入射点作入射方向的垂线，再连接入射点和出射点，作点作入射方向的垂线，再连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心如图所示，如图所示，P为入射点，为入射点，M为出射点为出射点5、确定磁场中带电粒子的运动时间、确定磁场中带电粒子的运动时间 Tt2vlt 确定带电粒子运动圆弧所对圆心角的两个重要结论：确定带电粒子运动圆弧所对圆

9、心角的两个重要结论：带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向之带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向之间的夹角叫做偏向角，偏向角等于圆弧轨道间的夹角叫做偏向角，偏向角等于圆弧轨道PM对应的圆对应的圆心角心角圆弧轨道圆弧轨道PM所对圆心角所对圆心角等于等于PM弦与切线的夹角（弦切角）弦与切线的夹角（弦切角）的的2倍，倍，即即2，如图所示，如图所示第二课时第二课时例例1.1.同一种带电粒子以不同的速度垂直射人匀强同一种带电粒子以不同的速度垂直射人匀强磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知:(1)(1)带电带电粒子进人磁场的速度值有几个？（粒子进人磁场的速

10、度值有几个？（2 2）这些速度）这些速度的大小关系为的大小关系为 （3 3）三束粒子从）三束粒子从0 0点点出 发 分 别 到 达出 发 分 别 到 达 1 1、2 2、3 3 点 所 用 时 间 关 系点 所 用 时 间 关 系为为 v3v2v1相等相等一：带电粒子在无界磁场中的运动一：带电粒子在无界磁场中的运动变式：三种粒子，它们以下列情况垂直进入同一变式：三种粒子，它们以下列情况垂直进入同一匀强磁场，求它们的轨道半径之比。匀强磁场，求它们的轨道半径之比。具有相同速度；具有相同动量；具有相同具有相同速度；具有相同动量；具有相同动能。动能。H11H21He42思考：若他们从静止开始经相同的电

11、势差加速思考：若他们从静止开始经相同的电势差加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，则这两后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，则这两粒子的动能之比粒子的动能之比 ，轨道半径之，轨道半径之比比 ，周期之比，周期之比 。2质量为质量为m、带电量为、带电量为q的正离子沿的正离子沿x轴方向从轴方向从坐标原点进入磁感应强度为坐标原点进入磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场的匀强磁场中，磁场的方向垂直的方向垂直xOy平面，如图平面，如图1所示，若离子速率为所示，若离子速率为v，则离子做圆周运动的圆心坐标，则离子做圆周运动的圆心坐标一、带电粒子在无界磁场中的运动一、带电粒子在无界磁场中的运动【例例3】如图直线如图直

12、线MN上方有磁感应强度为上方有磁感应强度为B的匀的匀强磁场。正、负电子同时从同一点强磁场。正、负电子同时从同一点O以与以与MN成成30角的同样速度角的同样速度v射入磁场（电子质量为射入磁场（电子质量为m，电，电荷为荷为e），它们从磁场中射出时相距多远？射出），它们从磁场中射出时相距多远？射出的时间差是多少？的时间差是多少？MNBOvBemvs2答案为射出点相距答案为射出点相距Bqmt34时间差为时间差为关键是找圆心、找半径和用对称。关键是找圆心、找半径和用对称。二、带电粒子在单边界磁场中的运动二、带电粒子在单边界磁场中的运动总结：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动总结：带电粒子在磁场中做匀速圆周运

13、动 的解题思路的解题思路点拨：点拨：“一画、二找、三确定一画、二找、三确定”分步解决带电粒子在匀强磁场中的运动分步解决带电粒子在匀强磁场中的运动一画：一画：粗略画出粒子在磁场中的运动轨迹粗略画出粒子在磁场中的运动轨迹二找：二找：找圆心。通常有两个方法：找圆心。通常有两个方法：三确定：确定半径、偏向角、时间三确定：确定半径、偏向角、时间2tt=/带电粒子在磁场中运动问题的解题思路带电粒子在磁场中运动问题的解题思路找 圆 心找 圆 心画轨迹画轨迹已知两点速度方向已知两点速度方向已知一点速度方向已知一点速度方向和另一点位置和另一点位置两洛伦兹力方向的延长线交点为圆心两洛伦兹力方向的延长线交点为圆心弦

14、弦的垂直平分线与一直径的交点为圆的垂直平分线与一直径的交点为圆心心v1Ov2ABv1ABO定 半 径定 半 径例例4：一束带电粒子电量为：一束带电粒子电量为q，以速度，以速度V0垂直射入磁感应强垂直射入磁感应强度为度为B，宽为，宽为d的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向与电的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向与电子原来入射方向成子原来入射方向成角，角，求求(1)粒子的运动轨迹及运动性质粒子的运动轨迹及运动性质(2)粒子运动的轨道半径粒子运动的轨道半径(3)粒子离开磁场电的速率粒子离开磁场电的速率(4)粒子离开磁场时的偏转角粒子离开磁场时的偏转角(5)粒子在磁场中的运动时间粒子在磁场中的运动时间t(6)

15、粒子离开磁场时偏转的侧位移粒子离开磁场时偏转的侧位移Bv0e d小结：小结：1、两洛伦磁力的交点即圆心、两洛伦磁力的交点即圆心2、偏转角：初末速度的夹角。、偏转角：初末速度的夹角。3、偏转角、偏转角=圆心角圆心角三：带电粒子在双边界磁场三：带电粒子在双边界磁场变化变化1：在上题中若电子的电量：在上题中若电子的电量e，质量，质量m，磁感应强，磁感应强度度B及宽度及宽度d已知，若要求电子不从右边界穿出，则初已知，若要求电子不从右边界穿出，则初速度速度V0有什么要求？有什么要求？Be v0d小结：小结：临界问题的分析方法临界问题的分析方法1、理解轨迹的变化（从小到大）、理解轨迹的变化（从小到大）2、

16、找临界状态：、找临界状态：变化变化2：若初速度与边界成：若初速度与边界成=60度角，则初速度有什么要求？度角，则初速度有什么要求？Bv0五：带电粒子在五：带电粒子在“圆形磁场区域圆形磁场区域”中的运动中的运动例、例、圆心为圆心为O、半径为、半径为r的圆形区域的圆形区域中有一个磁感强度为中有一个磁感强度为B、方向为垂直方向为垂直于纸面向里的匀强磁场，与区域边于纸面向里的匀强磁场，与区域边缘的最短距离为缘的最短距离为L的的O处有一竖直处有一竖直放置的荧屏放置的荧屏MNMN，今有一质量为，今有一质量为m的的电电子子以速率以速率v从左侧沿从左侧沿方向垂直方向垂直射入磁场，越出磁场后打在荧光屏射入磁场，

17、越出磁场后打在荧光屏上的上的P点，如图所示，求点，如图所示，求OPP的长度的长度和和电子通过磁场所用的时间电子通过磁场所用的时间 MNLAOO POAOA电子在磁场中做匀速圆周运动，电子在磁场中做匀速圆周运动，轨迹为一段圆弧轨迹为一段圆弧.飞出磁场后不受飞出磁场后不受外力外力,做匀速直线运动做匀速直线运动.设圆心为设圆心为OO，半径为，半径为R R.圆弧圆弧段轨迹段轨迹ABAB所对的圆心角为所对的圆心角为，MNLAOPO O 解解析析:BR连接连接OB,由几何关系知由几何关系知,OAO OBO (SSS)OOP=AOB=，在在OOP中中，OP=OOtan=(L+r)tanOBOB BPOBO、

18、B、P三点三点共线共线 带电粒子沿半径方带电粒子沿半径方向入射圆形磁场区向入射圆形磁场区,出射速度一定沿半出射速度一定沿半径方向径方向 6.如下图所示，在正方形如下图所示，在正方形abcd范围内，有方向垂直纸范围内，有方向垂直纸面向里的匀强磁场，电子各以不同的速率，都从面向里的匀强磁场，电子各以不同的速率，都从a点沿点沿ab方向垂直磁场方向射入磁场，其中速率为方向垂直磁场方向射入磁场，其中速率为v1 的电子的电子从从c点沿点沿bc射出，速率为射出，速率为v2的电子从的电子从d点沿点沿cd方向射出。方向射出。不计重力，两电子（不计重力，两电子（）解解:(A）速率之比速率之比v1/v2=2 （B）

19、在磁场中运行的周期之比在磁场中运行的周期之比T1/T2=1/2（C）在磁场中运行的时间之比在磁场中运行的时间之比 t1/t2=1/2（D）动量大小之比动量大小之比p1/p2=1abcd BV1V2VA C画出它们的运动轨迹如图画出它们的运动轨迹如图:可见它们的半径之比等于可见它们的半径之比等于2:1,v1:v2=2:1周期与周期与v、r无关无关,周期之比等于周期之比等于1:1,它们分别运动了它们分别运动了1/4和和1/2周期周期,t1:t2=1:2返回返回六：带电粒子在六：带电粒子在“矩形磁场区域矩形磁场区域”中的运动中的运动 例例6.长为长为l 的水平极板间有如图所示的匀强磁场，磁的水平极板

20、间有如图所示的匀强磁场，磁感强度为感强度为B，板间距离也为板间距离也为l。现有一质量为现有一质量为 m、带电带电量为量为+q 的粒子从左边板间中点处沿垂直于磁场的方向的粒子从左边板间中点处沿垂直于磁场的方向以速度以速度 v0射入磁场，不计重力。要想使粒子射入磁场，不计重力。要想使粒子不不打在极打在极板上，则粒子进入磁场时的速度板上，则粒子进入磁场时的速度 v0 应为多少？应为多少？v0 q B l/4 m 或或 v0 5 q B l/4 m解：若刚好从解：若刚好从a 点射出，如图：点射出，如图：R-l/2Rll v abcdr=mv1/qB=l/4 v1=qBl/4m 若刚好从若刚好从b 点射

21、出，如图：点射出，如图：要想使粒子要想使粒子不不打在极板上，打在极板上，v v2 v2=5qBl/4mR2=l 2+(R-l/2)2R=5l/4=mv2/qB 返回返回 练习练习1一质子及一一质子及一粒子，同时垂直射入同一匀强磁场粒子，同时垂直射入同一匀强磁场中中（1）若两者由静止经同一电势差加速的，则旋转半径之）若两者由静止经同一电势差加速的，则旋转半径之比为比为 ；（；（2）若两者以相同的动量进入磁场）若两者以相同的动量进入磁场中，则旋转半径之比为中，则旋转半径之比为 ；（；（3）若两者以相同）若两者以相同的动能进入磁场中，则旋转半径之比为的动能进入磁场中，则旋转半径之比为 ；（；（4）若

22、两者以相同速度进入磁场，则旋转半径之比若两者以相同速度进入磁场，则旋转半径之比为为 。2:12：11：11：2 2.如图所示，如图所示，在在垂直纸面向里的匀强磁场中，有一个垂直纸面向里的匀强磁场中，有一个带电量为带电量为q 的正离子自的正离子自A点垂直射入磁场，沿半径为点垂直射入磁场，沿半径为R 的圆形轨道运动，运动半周到达的圆形轨道运动，运动半周到达B点时，由于吸收了点时，由于吸收了附近若干个静止的电子（质量不计），就沿另一个圆附近若干个静止的电子（质量不计），就沿另一个圆形轨道运动到形轨道运动到BA延长线上的延长线上的C 点，且点，且AC 的长度为的长度为R.试求正离子在试求正离子在B点吸

23、收的电量点吸收的电量.C ABRR解：解：q 为正电荷，为正电荷，R=mvqB (1)BC=3R=2R(1)(2)q=2q3q=q-q=-q 3R=1.5 R=mv qB (2)返回返回 3.如图所示，正、负电子初速度垂直于如图所示，正、负电子初速度垂直于 磁场方向，磁场方向，沿与边界成沿与边界成 30角的方向射入匀强磁场中，求它们在角的方向射入匀强磁场中，求它们在磁场中的运动时间之比磁场中的运动时间之比返回返回124.如图所示，如图所示，M、N为一块薄金属板，截面厚度为为一块薄金属板，截面厚度为d，水平放置在磁感应强度为水平放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个的匀强磁场中，一个粒子（粒子（

24、电量为电量为q，质量为质量为m），由），由A点垂直于板面飞入磁场中其点垂直于板面飞入磁场中其运动轨迹如图所示，运动轨迹如图所示，R 和和r 分别表示两圆的半径，分别表示两圆的半径，(1)匀强磁场的方向如何？匀强磁场的方向如何？(2)粒子每次穿过金属板所受的平均阻力为多少？粒子每次穿过金属板所受的平均阻力为多少？(3)若图中若图中 r=0.9R ，则，则粒子可穿过板几次？粒子可穿过板几次？(4)设设粒子从粒子从A点运动开始计时，至少要多少时间才能点运动开始计时，至少要多少时间才能停下？（穿透时间不计停下？（穿透时间不计.）dNMABRrv（2002年全国）年全国）、电视机的显像管中，电子束的偏转

25、、电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为U的的加速电加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示。磁场方向场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示。磁场方向垂直于圆面。磁场区的中心为垂直于圆面。磁场区的中心为O，半径为半径为r。当不加磁当不加磁场时，电子束将通过场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心点而打到屏幕的中心M点。为了点。为了让电子束射到屏幕边缘让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子束偏转需要加磁场，使电子束偏转一已知角度一已知角度，此时的磁场的磁感应强度此时的磁场的磁感应强度B应为应为多少？多少？P第二部分：一些仪器的

26、应用第二部分：一些仪器的应用速度选择器、质谱仪、磁流体发电机速度选择器、质谱仪、磁流体发电机电磁流量计、回旋加速器、霍尔效应电磁流量计、回旋加速器、霍尔效应一、速度选择器一、速度选择器分析：电荷进入电场，受垂直向下的电场力作用而偏转，分析：电荷进入电场，受垂直向下的电场力作用而偏转，若使它不发生偏转，电荷受所加磁场的洛仑兹力方向一若使它不发生偏转，电荷受所加磁场的洛仑兹力方向一定与电场力方向相反，根据左手定则和洛仑兹力方向确定与电场力方向相反，根据左手定则和洛仑兹力方向确定磁场方向：垂直纸面、背向读者，如图定磁场方向：垂直纸面、背向读者，如图3所示。所示。因为因为 f洛洛=F安安 例例1.在充

27、有一定电量的平行板电容器两极板间有一匀强在充有一定电量的平行板电容器两极板间有一匀强磁场，已知场强磁场，已知场强E的方向和磁感应强度的方向和磁感应强度B 的方向垂直，有的方向垂直，有一带电粒子束以初速度一带电粒子束以初速度v0 射入，恰能不偏离它原来的运动射入，恰能不偏离它原来的运动方向，匀速通过此区域，方向，匀速通过此区域，如图所示，在下列情况下，当如图所示，在下列情况下，当改变一个或两个物理条件，而保持其它条件不变改变一个或两个物理条件，而保持其它条件不变.若重力若重力不计，则带电粒子束的运动不受影响的情况是不计，则带电粒子束的运动不受影响的情况是()(A)增大电容器两板间距离；增大电容器

28、两板间距离；(B)改变磁场方向为垂直纸面向外；改变磁场方向为垂直纸面向外；(C)增大带电粒子束的射入初速度；增大带电粒子束的射入初速度；(D)将电场和磁场同时增强一倍；将电场和磁场同时增强一倍；(E)使带电粒子束的入射方向变为非水平方向；使带电粒子束的入射方向变为非水平方向；(F)将图示磁场方向和电场方向同时改变为相反方向；将图示磁场方向和电场方向同时改变为相反方向；(G)改用一束荷质比不同于原来改用一束荷质比不同于原来 荷质比的带电粒子束水平荷质比的带电粒子束水平射入射入A D F GV0例例1 1、如图所示为一速度选择器的原理图，K为电子枪，由枪中沿水平方向射出的电子，速率大小不一。当电子

29、通过方向互相垂直的均匀电场和磁场后，只有一定速率的电子能沿直线前进，并通过小孔S，设产生匀强电场的场强为E，垂直纸面的匀强磁场的磁感应强度为B，问：速度为多大的电子才能通过小孔S？Ks问题：（问题：（1）正电荷以）正电荷以v0运动能运动能否通过小孔否通过小孔S？（2 2）假如粒子以速度）假如粒子以速度E/BE/B从右侧飞从右侧飞入速度选择器还能匀速通过它吗？入速度选择器还能匀速通过它吗？（3）电场反向）电场反向（4）电场、磁场都反向）电场、磁场都反向（5）当进入速度选择器的带电粒子的速度大于）当进入速度选择器的带电粒子的速度大于E/B，及，及 小于小于E/B，会如何？，会如何？用来测量荷质比用

30、来测量荷质比例、如图所示，是一种质谱仪的示意图，从离子源例、如图所示，是一种质谱仪的示意图，从离子源S产生产生的正离子，经过的正离子，经过S1和和S2之间的加速电场，进入速度选择器之间的加速电场，进入速度选择器P1和和P2间的电场强度为间的电场强度为E，磁感应强度为，磁感应强度为B1离子由离子由S3射射出后进入磁感应强度为出后进入磁感应强度为B2的匀强磁场区域由于各种离子的匀强磁场区域由于各种离子轨迹半径轨迹半径R不同，而分别射到底片上不同的位置，形成谱线不同，而分别射到底片上不同的位置，形成谱线(1)若已知若已知S1、S2间加速电压为间加速电压为U，并且磁感应强度为，并且磁感应强度为B2，半

31、径半径R也是已知的，则离子的荷质比也是已知的，则离子的荷质比_(2)若已知速度选择器中的电场强度若已知速度选择器中的电场强度E和磁感应强度和磁感应强度B1，R和和B2也知道，则离子的荷质比也知道，则离子的荷质比q/m_(3)要使氢的同位素氘和氚的正离子经加速电场和速度选择要使氢的同位素氘和氚的正离子经加速电场和速度选择器以相同的速度进入磁感应强度为器以相同的速度进入磁感应强度为B2的匀强磁场（设进入的匀强磁场（设进入加速电场时速度为零）加速电场时速度为零）(A)若保持速度选择器的若保持速度选择器的E和和B1不变，则加速电场不变，则加速电场S1、S2间间的电压之比应为的电压之比应为_(B)它们谱

32、线位置到狭缝它们谱线位置到狭缝S3间距离之比为间距离之比为_ 即高温下电离的气体，含有大量的带正电荷和负电即高温下电离的气体，含有大量的带正电荷和负电荷的微粒，总体是电中性的。荷的微粒，总体是电中性的。如图示为实验用磁流体发电机，两极板如图示为实验用磁流体发电机，两极板间距间距 d=20cm，磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度B=5T，若接入若接入“200V、100W”的灯泡，恰好正常发光，不计发电的灯泡，恰好正常发光，不计发电机的内阻，求：机的内阻，求：（1）等离子体的流速是多少？）等离子体的流速是多少？（2）若等离子体均为一价离子，每秒钟有多少什么性）若等离子体均为一价离子，每秒钟有多少什么

33、性质的离子打在下极板上？质的离子打在下极板上？磁流体发电磁流体发电vvB 如图所示为一电磁流量计的示意图，截面为如图所示为一电磁流量计的示意图，截面为正方形的非磁性管，其边长为正方形的非磁性管，其边长为d，内有导电液体流内有导电液体流动，在垂直液体流动方向加一指向纸里的匀强磁动，在垂直液体流动方向加一指向纸里的匀强磁场，磁感应强度为场，磁感应强度为B现测得液体现测得液体a、b两点间的电两点间的电势差为势差为U，求管内导电液体的流量求管内导电液体的流量Q为多少？为多少？四、电磁流量计四、电磁流量计直线加速器直线加速器粒子在每个加速电场中的运动时间相等，粒子在每个加速电场中的运动时间相等，因为交变

34、电压的变化周期相同因为交变电压的变化周期相同一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速 1、直线加速器介绍及其特点、直线加速器介绍及其特点 2、回旋加速器、回旋加速器 结构：结构：P183回旋加速器回旋加速器两两D形盒中有形盒中有匀强磁场匀强磁场无电场，盒无电场，盒间缝隙有间缝隙有交变电场交变电场。电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。粒子回旋的周期不随半径粒子回旋的周期不随半径改变。改变。让电场方向变化的让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一周期与粒子回旋的周期一致致，从而保证粒子始终被，从而保证粒子始终被加速。加速。练习：回旋加速器中磁场的磁感应强度为练习：回旋加速器中

35、磁场的磁感应强度为B，D形盒的直径为形盒的直径为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m、电量为电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：求：（1）粒子的回转周期是多大？粒子的回转周期是多大？（2）高频电极的周期为）高频电极的周期为多大？多大？（3）粒子的最大速度粒子的最大速度最大动能各是多大最大动能各是多大？（4）粒子在同一个粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半形盒中相邻两条轨道半径之比径之比1.在磁场中做圆周运动在磁场中做圆周运动,周期不变周期不变2.每一个周期加速两次每一个周期加速两次3.电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相电场的周

36、期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同同4.电场一个周期中方向变化两次电场一个周期中方向变化两次5.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6.电场加速过程中电场加速过程中,时间极短时间极短,可忽略可忽略结论结论问题讨论问题讨论:某回旋加速器半径为某回旋加速器半径为r,两盒间所加的交两盒间所加的交变电压为变电压为U,D形盒内匀强磁场的磁感应强度为形盒内匀强磁场的磁感应强度为B,被加速的粒子电量为被加速的粒子电量为q,质量为质量为m.1.在回旋加速器中在回旋加速器中,电场和磁场各起什么主要作用电场和磁场各起什么主要作用?2.粒子被加速一次得到多少能量粒子被加速一次得到多少能量

37、?若被加速若被加速n次次,得得到多少能量到多少能量?3.加速粒子的最终能量如何计算加速粒子的最终能量如何计算?由哪些因素决定由哪些因素决定?带电粒子被加速了几次带电粒子被加速了几次?4.带电粒子能否无限制地回旋加速带电粒子能否无限制地回旋加速?课堂练习课堂练习:1.关于回旋加速器关于回旋加速器,下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A.回旋加速器占用空间小回旋加速器占用空间小,但不能使带电粒子获得但不能使带电粒子获得非常高的能量非常高的能量 B.回旋加速器所在处的磁场方向随粒子在回旋加速器所在处的磁场方向随粒子在D形盒形盒中中的运动作周期性变化的运动作周期性变化 C.两两D形盒间的形盒间的电

38、场变化周期与粒子在电场变化周期与粒子在D形盒中做形盒中做圆周运动的周期相同圆周运动的周期相同 D.带电粒子在回旋加速器的两带电粒子在回旋加速器的两D形盒中加速形盒中加速AD2.一个回旋加速器能使质子获得的最大动能为一个回旋加速器能使质子获得的最大动能为200Mev,已知质子的电荷量为已知质子的电荷量为1.610-19C,质量为质量为1.610-27kg,加速器的磁感应强度为加速器的磁感应强度为21010-2-2T,T,求求(1)(1)质子运动的最大轨道半径质子运动的最大轨道半径.(2)(2)质子回旋的频率质子回旋的频率 回旋加速器回旋加速器 的的D形盒的半径为形盒的半径为R，用来加速质量为用来

39、加速质量为m，带电量为带电量为q 的质子的质子，使质子由静止加速到能量为使质子由静止加速到能量为E 后，由后，由A 孔射出。求孔射出。求：（1）加速器中匀强磁场加速器中匀强磁场B 的方向和大小的方向和大小。（2）设两）设两D形盒间的距离为形盒间的距离为d，其间电压为其间电压为U，加速到上述加速到上述 能量所需回旋周数能量所需回旋周数.（3）加速到上述能量所需时间）加速到上述能量所需时间(不计通过缝隙的时间）。不计通过缝隙的时间）。A Ud解：（解：（1）由）由 qvB=mv2/RE=1/2mv2qRmEB2（2）质子每加速一次，能量增加为）质子每加速一次，能量增加为qU，每周加速两次，每周加速

40、两次，所以所以 n=E/2qU（3）周期）周期T=2m/qB且周期与半径且周期与半径r及速度及速度v 都无关都无关t =nT =E/2qU2m/qB =m E/q2 UBB的方向垂直于纸面向里的方向垂直于纸面向里.IBdh霍尔效应霍尔效应I=neSv=nedhveU/h=evBU=IB/ned=kIB/dk是霍尔系数是霍尔系数练习（2000理科综合）如图所示厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A之间会产生电势差这种现象称为霍尔效应实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U=kIB/d式中的比例系数K称为

41、霍尔系数 霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流I是电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电量为e回答下列问题：（1）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势 下侧面A的电势（填：高于、低于或等于）。(2)电子所受的洛仑兹力的大小为 。(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为 。(4)由静电力和洛仑兹力平衡的条件，证明霍尔系数为k=1/ne其中n代表导体板单位体积中电子的个数导学导学P98页第页第21题题