1、第三章第六節(jié)復(fù)習(xí)：問題1：什么是洛倫茲力？問題1：帶電粒子在磁場中能否一定遭到洛倫茲力？-磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力-不一定，洛倫茲力的計(jì)算式 F洛=qVBsin 討論：討論：假設(shè)帶電粒子不計(jì)重力以沿著與勻強(qiáng)磁場垂假設(shè)帶電粒子不計(jì)重力以沿著與勻強(qiáng)磁場垂直的方向射入磁場，粒子將如何運(yùn)動(dòng)？直的方向射入磁場，粒子將如何運(yùn)動(dòng)？2、洛倫茲力的方向總是與速度方向垂直，洛、洛倫茲力的方向總是與速度方向垂直，洛倫茲力只會改動(dòng)粒子速度的方向，不會改動(dòng)倫茲力只會改動(dòng)粒子速度的方向，不會改動(dòng)其大小。其大小。 1、由于是勻強(qiáng)磁場，洛倫茲力大小堅(jiān)持不變、由于是勻強(qiáng)磁場，洛倫茲力大小堅(jiān)持不變猜測與假設(shè)猜測與假設(shè)F洛洛F洛洛F

2、洛洛F洛洛討論：討論：假設(shè)帶電粒子不計(jì)重力以沿著與勻強(qiáng)磁場垂假設(shè)帶電粒子不計(jì)重力以沿著與勻強(qiáng)磁場垂直的方向射入磁場，粒子將如何運(yùn)動(dòng)？直的方向射入磁場，粒子將如何運(yùn)動(dòng)？2、洛倫茲力的方向總是與速度方向垂直，洛、洛倫茲力的方向總是與速度方向垂直，洛倫茲力只會改動(dòng)粒子速度的方向，不會改動(dòng)倫茲力只會改動(dòng)粒子速度的方向，不會改動(dòng)其大小。其大小。 1、由于是勻強(qiáng)磁場，洛倫茲力大小堅(jiān)持不變、由于是勻強(qiáng)磁場，洛倫茲力大小堅(jiān)持不變3、該帶點(diǎn)粒子將會做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲、該帶點(diǎn)粒子將會做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力。力提供向心力。 亥姆霍茲線圈亥姆霍茲線圈電電 子子 槍槍磁場強(qiáng)弱選擇擋磁場強(qiáng)弱選擇擋加速電壓

3、加速電壓選擇擋選擇擋洛倫茲力演示器洛倫茲力演示器實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：勵(lì)磁線圈：作用是能在兩線圈之間產(chǎn)生平行于兩線圈中心的連線的勻強(qiáng)磁場加速電場：作用是改動(dòng)電子束出射的速度無磁場無磁場實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證有磁場有磁場 實(shí)驗(yàn)景象：實(shí)驗(yàn)景象：1.不加磁場時(shí)電子的徑跡是直線;2.加上勻強(qiáng)磁場時(shí)，電子的徑跡變彎曲成圓形；3.磁場越強(qiáng)，徑跡的半徑越小；4.電子的出射速度越大，徑跡的半徑越大。一、帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡一、帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡2 mTqB2 RTvmvRqB2vqvBmR1、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑2、圓周運(yùn)動(dòng)的周期、圓周運(yùn)動(dòng)的周期總結(jié)：由1式可知，粒子速度越大，軌跡半徑 越大；磁場越強(qiáng)，軌跡半徑越小。 由

4、2式可知，粒子運(yùn)動(dòng)的周期與粒子的速度大小無關(guān)，磁場越強(qiáng)，周期越短。帶電粒子在氣泡室運(yùn)動(dòng)徑跡的照片帶電粒子在氣泡室運(yùn)動(dòng)徑跡的照片1 1不同帶電粒子的徑跡半徑為何不同？不同帶電粒子的徑跡半徑為何不同？2 2同一徑跡上為什么曲率半徑越來越小？同一徑跡上為什么曲率半徑越來越小？例例1 1：一個(gè)帶電粒子，沿垂直于磁場的方向：一個(gè)帶電粒子，沿垂直于磁場的方向射入一勻強(qiáng)磁場粒子的一段徑跡如以下圖射入一勻強(qiáng)磁場粒子的一段徑跡如以下圖所示徑跡上的每一小段都可近似看成圓所示徑跡上的每一小段都可近似看成圓弧由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子弧由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減小的能量逐漸減小( (帶電量

5、不變帶電量不變) )從圖中情況從圖中情況可以確定可以確定A A粒子從粒子從a a到到b b，帶正電，帶正電B B粒子從粒子從a a到到b b，帶負(fù)電，帶負(fù)電C C粒子從粒子從b b到到a a，帶正電，帶正電D D粒子從粒子從b b到到a a，帶負(fù)電，帶負(fù)電 例例2 2、如下圖，在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，有、如下圖，在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，有a a、b b兩兩個(gè)電子從同一處沿垂直磁感線方向開場運(yùn)動(dòng)，個(gè)電子從同一處沿垂直磁感線方向開場運(yùn)動(dòng)，a a的初速度為的初速度為v v，b b的初速度為的初速度為2v2v那么那么 A Aa a先回到出發(fā)點(diǎn)先回到出發(fā)點(diǎn) B Bb b先回到出發(fā)點(diǎn)先回到出發(fā)點(diǎn)

6、C Ca a、b b的軌跡是一對內(nèi)切圓，且的軌跡是一對內(nèi)切圓，且b b的半徑大的半徑大 D Da a、b b的軌跡是一對外切圓，且的軌跡是一對外切圓，且b b的半徑大的半徑大 ab 例例3 3、一帶電粒子在磁感強(qiáng)度為、一帶電粒子在磁感強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場中做勻速的勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如它又順利進(jìn)入另一磁感強(qiáng)度為圓周運(yùn)動(dòng)，如它又順利進(jìn)入另一磁感強(qiáng)度為2B2B的勻強(qiáng)磁場的勻強(qiáng)磁場中仍做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么中仍做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么 A A、粒子的速率加倍，周期減半、粒子的速率加倍，周期減半 B B、粒子的速率不變，軌道半徑減半、粒子的速率不變，軌道半徑減半 C C、粒子的速率減半，軌道半徑變?yōu)?/p>

7、原來的、粒子的速率減半，軌道半徑變?yōu)樵瓉淼?1/41/4 D D、粒子速率不變，周期減半、粒子速率不變，周期減半 例例4： 一個(gè)質(zhì)量為一個(gè)質(zhì)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，其初速度幾的加速電場，其初速度幾乎為零，然后經(jīng)過乎為零，然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入磁感沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，最后打到照相底片的勻強(qiáng)磁場中，最后打到照相底片D上。上。1求粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速率。求粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速率。2求粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。求粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。mq2vqUmv2

8、1S S221U可得：能間，電場力做功獲得動(dòng)在qmU2B1rvqmvrrvmqvv2可得：代入力提供向心力垂直進(jìn)入磁場，洛倫茲以速度BB 可見半徑不贊可見半徑不贊同味著比荷不同，同味著比荷不同，意味著它們是不同意味著它們是不同的粒子的粒子運(yùn)用：運(yùn)用：質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀經(jīng)過測出粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，計(jì)算粒子經(jīng)過測出粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，計(jì)算粒子的比荷或質(zhì)量及分析同位素的儀器的比荷或質(zhì)量及分析同位素的儀器.二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期有何特征？時(shí)周期有何特征？BTmvrTqm

9、2qBvr2可知結(jié)合根據(jù)可見同一個(gè)粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周可見同一個(gè)粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度無關(guān)運(yùn)動(dòng)的周期與速度無關(guān)盤旋加速器就是根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)的盤旋加速器就是根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)的 1 1加速原理：加速原理： 利用加速電場對帶電粒子做正功使利用加速電場對帶電粒子做正功使 帶電粒子的動(dòng)能添加。帶電粒子的動(dòng)能添加。二二. .加速器加速器qUmv212 +U+2 2直線加速器多級加速直線加速器多級加速 如下圖是多級加速安裝的原理圖：如下圖是多級加速安裝的原理圖：二二. .加速器加速器多級直線加速器有什么缺陷？多級直線加速器有什么缺陷？直線加速器直線加速器 利用加速電場對帶電粒子做

10、正利用加速電場對帶電粒子做正功功,使帶電的粒子動(dòng)能添加，使帶電的粒子動(dòng)能添加，即即 qU =Ek直線加速器的多級加速：直線加速器的多級加速： 教材圖教材圖3.6-5所示的是多級所示的是多級加速安裝的原理圖，由動(dòng)能定理可知，帶電粒加速安裝的原理圖，由動(dòng)能定理可知，帶電粒子經(jīng)子經(jīng)n級的電場加速后添加的動(dòng)能，級的電場加速后添加的動(dòng)能， Ek=qU1+U2+U3+U4+Un直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間內(nèi)制造直線加速器遭到一定的限制。間內(nèi)制造直線加速器遭到一定的限制。P1圖圖3.6-5多級加速器多級加速器P2P3P4P5P6一級一級二級二級三級三級n級級

11、加速原理：加速原理：2盤旋加速器盤旋加速器 1932年年,美國物理學(xué)家勞侖斯發(fā)明了盤旋加速器，美國物理學(xué)家勞侖斯發(fā)明了盤旋加速器，從而使人類在獲得具有較高能量的粒子方面邁進(jìn)了從而使人類在獲得具有較高能量的粒子方面邁進(jìn)了一大步為此，勞侖斯榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)一大步為此，勞侖斯榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)盤旋加速器盤旋加速器1 1、作用：產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)的粒子、作用：產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)的粒子2 2、原理、原理 用磁場控制軌道、用電場進(jìn)展加速用磁場控制軌道、用電場進(jìn)展加速+- +-2DqBmv mqBDv2 2DqBmv 221mvEK mDBqEK8222 mDBqEK8222盤旋加速器盤旋加速器兩兩D形盒中有勻強(qiáng)

12、磁場無電場，盒形盒中有勻強(qiáng)磁場無電場，盒間縫隙有交變電場。間縫隙有交變電場。電場使粒子加速，磁場使粒子盤旋。電場使粒子加速，磁場使粒子盤旋。粒子盤旋的周期不隨半徑粒子盤旋的周期不隨半徑改動(dòng)。讓電場方向變化的改動(dòng)。讓電場方向變化的周期與粒子盤旋的周期一周期與粒子盤旋的周期一致，從而保證粒子一直被致，從而保證粒子一直被加速。加速。在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng),周期不周期不變變每一個(gè)周期加速兩次每一個(gè)周期加速兩次電場的周期與粒子在磁場中電場的周期與粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)周期一樣做圓周運(yùn)動(dòng)周期一樣電場一個(gè)周期中方向變化兩電場一個(gè)周期中方向變化兩次次粒子加速的最大速度由盒的粒子加速的最大速度由盒

13、的半徑?jīng)Q議半徑?jīng)Q議電場加速過程中電場加速過程中,時(shí)間極短時(shí)間極短,可忽略可忽略結(jié)論結(jié)論7.粒子獲得的最大動(dòng)粒子獲得的最大動(dòng)能只與加速器的半能只與加速器的半徑徑R和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān)，與加速電壓有關(guān)，與加速電壓U無關(guān)。無關(guān)。例例3：關(guān)于盤旋加速器的任務(wù)原理，以下說法正確的選：關(guān)于盤旋加速器的任務(wù)原理，以下說法正確的選項(xiàng)是：項(xiàng)是：A、電場用來加速帶電粒子，磁場那么使帶電粒子盤旋、電場用來加速帶電粒子，磁場那么使帶電粒子盤旋B、電場和磁場同時(shí)用來加速帶電粒子、電場和磁場同時(shí)用來加速帶電粒子C、同一加速器，對某種確定的粒子，它獲得的最大、同一加速器，對某種確定的粒子，它獲得的最大動(dòng)能由加速電

14、壓決議動(dòng)能由加速電壓決議D、同一加速器，對某種確定的粒子，它獲得的最大、同一加速器，對某種確定的粒子，它獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B決議和加速電壓決議決議和加速電壓決議 例例4：垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場僅限于寬度為：垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場僅限于寬度為d的的條形區(qū)域內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為條形區(qū)域內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B一個(gè)質(zhì)量為一個(gè)質(zhì)量為m、電量為電量為q的粒子以一定的速度垂直于磁場邊境方的粒子以一定的速度垂直于磁場邊境方向從向從點(diǎn)垂直飛入磁場區(qū)，如下圖，當(dāng)它飛離磁點(diǎn)垂直飛入磁場區(qū)，如下圖，當(dāng)它飛離磁場區(qū)時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)場區(qū)時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)角試求粒子在磁場中角試求粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間運(yùn)動(dòng)的時(shí)

15、間t三、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)間三、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)間qBmqBmTt222四、帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)情況研討四、帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)情況研討 1、找圓心：方法、找圓心：方法 2、定半徑：、定半徑： 3、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：Tt2qBmT2留意：用弧度表示幾何法求半徑幾何法求半徑向心力公式求半徑向心力公式求半徑利用利用vR利用弦的中垂線利用弦的中垂線301.1.圓心在哪里圓心在哪里? ?2.2.軌跡半徑是多少軌跡半徑是多少? ?OBdv 例例3 3：r=d/sin 30o =2d r=mv/qBt= 30o /360oT= T/12T=2 m/qB

16、T=2 r/v小結(jié)：小結(jié)：rt/T= 30o /360oA=30vqvB=mv2/rqvB=mv2/rt=T/12= m/6qB3、偏轉(zhuǎn)角、偏轉(zhuǎn)角=圓心角圓心角1、兩洛倫茲力的交點(diǎn)即圓心、兩洛倫茲力的交點(diǎn)即圓心2、偏轉(zhuǎn)角：初末速度的夾角。、偏轉(zhuǎn)角：初末速度的夾角。4.4.穿透磁場的時(shí)間如何求？穿透磁場的時(shí)間如何求？3、圓心角、圓心角 =? t=T/12= d/3vt=T/12= d/3vm=qBr/v=2qdB/vm=qBr/v=2qdB/vff 如圖，虛線上方存在無窮大的磁場，一帶正電的粒子質(zhì)如圖，虛線上方存在無窮大的磁場，一帶正電的粒子質(zhì)量量m、電量、電量q、假設(shè)它以速度、假設(shè)它以速度v沿

17、與虛線成沿與虛線成300、900、1500、1800角分別射入，請他作出上述幾種情況下粒角分別射入，請他作出上述幾種情況下粒子的軌跡、并求其在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。子的軌跡、并求其在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。例：有界磁場中粒子運(yùn)動(dòng)軌跡確實(shí)定入射角入射角300時(shí)時(shí)qBmqBmt3261入射角入射角1500時(shí)時(shí)qBmqBmt35265粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的對稱規(guī)律：粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的對稱規(guī)律：從同不斷線邊境射入的粒子，從同一邊境射出時(shí)，從同不斷線邊境射入的粒子，從同一邊境射出時(shí)，速度與邊境的夾角相等。速度與邊境的夾角相等。1 1、兩個(gè)對稱規(guī)律：、兩個(gè)對稱規(guī)律：五、臨界問題五、臨界問題例：長為例：長為L

18、的程度極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場，如下圖，的程度極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場，如下圖，磁感強(qiáng)度為磁感強(qiáng)度為B，板間間隔也為，板間間隔也為L，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m，電，電量為量為q的帶正電粒子不計(jì)重力，從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁的帶正電粒子不計(jì)重力，從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁感線以速度感線以速度v程度射入磁場，欲使粒子不打在極板上，可采用的程度射入磁場，欲使粒子不打在極板上，可采用的方法是：方法是： A使粒子的速度使粒子的速度v5BqL/4mC使粒子的速度使粒子的速度vBqL/mD使粒子速度使粒子速度BqL/4mv5BqL/4m 例題講解例題講解北京正負(fù)電子對撞機(jī)：

19、撞出物質(zhì)奧妙北京正負(fù)電子對撞機(jī)：撞出物質(zhì)奧妙 大科學(xué)安裝的存在和運(yùn)用程大科學(xué)安裝的存在和運(yùn)用程度，是一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)開展的度，是一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)開展的具象。它好像一塊宏大的磁鐵，具象。它好像一塊宏大的磁鐵，可以集聚智慧，構(gòu)成一個(gè)多學(xué)科可以集聚智慧，構(gòu)成一個(gè)多學(xué)科陣地。作為典型的大科學(xué)安裝，陣地。作為典型的大科學(xué)安裝，北京正負(fù)電子對撞機(jī)的艱苦改造北京正負(fù)電子對撞機(jī)的艱苦改造工程就是要再添磁力。工程就是要再添磁力。 北京正負(fù)電子對撞機(jī)在我國大科學(xué)安裝工程中赫赫有名，北京正負(fù)電子對撞機(jī)在我國大科學(xué)安裝工程中赫赫有名，為示范之作。為示范之作。1988年年10月月16日凌晨實(shí)現(xiàn)第一次對撞時(shí)，曾被日凌晨實(shí)現(xiàn)第一次對撞時(shí)，曾被描畫為描畫為“我國繼原子彈、氫彈爆炸勝利、人造衛(wèi)星上天之后，我國繼原子彈、氫彈爆炸勝利、人造衛(wèi)星上天之后，在高科技領(lǐng)域又一艱苦突破性成就。北京正負(fù)對撞機(jī)艱苦改在高科技領(lǐng)域又一艱苦突破性成就。北京正負(fù)對撞機(jī)艱苦改造工程的實(shí)施，將讓這一大科學(xué)安裝造工程的實(shí)施，將讓這一大科學(xué)安裝“晉級換代，繼續(xù)立在晉級換代，繼續(xù)立在國際高能物理的前端。國際高能物理的前端。 北京正