1、一一. .帶電粒子在勻強磁場中的運動帶電粒子在勻強磁場中的運動 當帶電粒子當帶電粒子q以速度以速度v垂直進入勻強磁垂直進入勻強磁場中，它將做什么運動場中，它將做什么運動? 帶電粒子將在垂直于磁場的帶電粒子將在垂直于磁場的平面內做勻速圓周運動平面內做勻速圓周運動 。亥姆霍茲線圈亥姆霍茲線圈電電 子子 槍槍磁場強弱選擇擋磁場強弱選擇擋加速電壓加速電壓選擇擋選擇擋 通過威通過威爾遜云室爾遜云室顯示的正顯示的正負電子在負電子在勻強磁場勻強磁場中的運動中的運動徑跡徑跡 通過格通過格雷塞爾氣雷塞爾氣泡室顯示泡室顯示的帶電粒的帶電粒子在勻強子在勻強磁場中的磁場中的運動徑跡運動徑跡rvmBqv2Bqmvr 1

2、速度特征：速度特征： 2半徑特征：半徑特征： 速度大小不變，而方向隨時間變化。速度大小不變，而方向隨時間變化。 3 周期特征：周期特征：BqmvrT22周期周期T T與運動速度及運動半徑無關。與運動速度及運動半徑無關。 例題例題 一個質量為一個質量為m、電荷量為、電荷量為q的粒子，從容器的粒子，從容器下方的小孔下方的小孔S1飄入電勢差為飄入電勢差為U的加速電場，其初速度的加速電場，其初速度幾乎為零，然后經過幾乎為零，然后經過S3沿著與磁場垂直的方向進入磁沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為感應強度為B的勻強磁場中，最后打到照相底片的勻強磁場中，最后打到照相底片D上。上。（1）求粒子進入磁場時的

3、速率。）求粒子進入磁場時的速率。（2）求粒子在磁場中運動的軌道半徑。）求粒子在磁場中運動的軌道半徑。怎樣才能得到能量很高的粒子呢怎樣才能得到能量很高的粒子呢?（1）靜電力做功：）靜電力做功：Ek=qu 困難：技術上不能產困難：技術上不能產 生過高電壓生過高電壓（2）多級加速器）多級加速器 困難：加速設備長困難：加速設備長回旋加速器：回旋加速器：用磁場控制軌跡，用電場進行加速用磁場控制軌跡，用電場進行加速加速電壓為：加速電壓為：解決上述困難的一個途徑是把加速電場解決上述困難的一個途徑是把加速電場“卷起來卷起來”交變電壓交變電壓金屬金屬D形盒有什么作用？形盒有什么作用？為什么不用陶瓷盒？為什么不用

4、陶瓷盒？思考：思考：思考與討論思考與討論說明：說明：D形盒和盒間電場都應該在真空中形盒和盒間電場都應該在真空中局限性：局限性：（1）D形盒半徑不能無限增大形盒半徑不能無限增大（2）受相對論效應制約，質量隨速度）受相對論效應制約，質量隨速度而增大，周期而增大，周期T變化。變化。被加速粒子的最大速度決定于什么？被加速粒子的最大速度決定于什么？ 1931 1931年，加利福尼亞大學的勞年，加利福尼亞大學的勞 倫斯提出了一個卓越的思想，通倫斯提出了一個卓越的思想，通 過磁場的作用迫使帶電粒子沿著過磁場的作用迫使帶電粒子沿著 磁極之間做螺旋線運動磁極之間做螺旋線運動, ,把長長把長長 的電極像卷尺那樣卷

5、起來，發明的電極像卷尺那樣卷起來，發明 了回旋加速器，第一臺直徑為了回旋加速器，第一臺直徑為27cm27cm的回旋的回旋 回速器投入運行，它能將質子回速器投入運行，它能將質子 加速到加速到1Mev1Mev。 19391939年勞倫斯獲諾貝爾年勞倫斯獲諾貝爾 物理獎。物理獎。 已知回旋加速器中已知回旋加速器中D形盒內勻強磁場的磁感應形盒內勻強磁場的磁感應強度大小為強度大小為B，D形盒的半徑為形盒的半徑為r.今將質量為今將質量為m、電量為電量為q的質子從間隙中心處由靜止釋放，求粒的質子從間隙中心處由靜止釋放，求粒子在加速器內加速后所能達到的最大動能表達式子在加速器內加速后所能達到的最大動能表達式. 假設已知磁感應強度假設已知磁感應強度B=1T，D形盒的半徑為形盒的半徑為r= 60 cm.質子質量為質子質量為m1.661027kg、電量、電量為為q= 1.61019C，則粒子在加速器內加速后所，則粒子在加速器內加速后所能達到的最大動能值為多少能達到的最大動能值為多少Mev? 如果盡量增強回旋加速器的