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课件网) 第3节 洛伦兹力的应用 回顾： 1、洛伦兹力产生的条件？ 2、洛伦兹力的大小和方向如何确定？ 3、洛伦兹力有什么特点？ 射入匀强磁场中的带电粒子将做怎样的运动呢？ 思考： 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态？ （重力不计） 问题1： 问题2： 带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？ （重力不计） 匀速直线运动 1、理论推导 （2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速率变化么？能量呢？ （3）洛伦兹力如何变化？ （4）从上面的分析，你认为垂直于匀强磁场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的运动状态如何？ 1、匀强磁场 2、B⊥V 3、仅受F洛或除F洛其他外力为零 粒子做匀速圆周运动的条件 问题3： 推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径r和运动周期T，与粒子的速度v和磁场的强度B的关系表达式 1、速度特征： 2、半径特征： 速度大小不变，而方向随时间变化。 带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动 。 3 周期特征： 周期T与运动速度及运动半径无关。 V越大，r也越大 拓展———若带电粒子以某个角度进入磁场呢？ 加速极电压 励磁电流 调制电压 电源开关 洛仑兹力演示仪 环形电流 实验验证 （1）洛伦兹力演示仪 ③励磁线圈（亥姆霍兹线圈）：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场 ②加速电场：作用是改变电子束出射的速度 ①电子枪：射出电子 （2）实验演示 a、不加磁场时观察电子束的径迹 b、给励磁线圈通电，观察电子束的径迹 c、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化 d、保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束径迹的变化 电子束的磁偏转 增大磁场强度，圆的半径如何变化？ 增大加速电场，圆的半径如何变化？ 减小 增大 （3）实验结论 ①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运动。 ②磁场强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径也增大。 ③粒子射入速度不变，磁场强度增大，轨道半径减小。 思考：怎样获得高速带电粒子？ 由动能定理 用什么方法可以加速带电粒子? 根据图示条件，静止的带电粒子被加速后获得的速度是多少? 1．加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，qU=?Ek． 2．直线加速器，多级加速 如图所示是多级加速装置的原理图： （一）、直线加速器 由动能定理得带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为： 北京正负电子对撞机改造后的直线加速器 能使正负电子束流的能量达到2.8+2.8GeV 直线加速器可使粒子获得足够大的速度。 安全：高电压，高绝缘要求 成本：占地太长，电费 基于成本和安全的考虑，能否设计一种可以让带电粒子多次加速，最终获得高动能带电粒子的装置？ 此加速器可将质子和氘核加速到1 MeV的能量，为此1939年劳伦斯获诺贝尔物理学奖。 劳伦斯（1901－1958）：美国物理学家 2.洛伦兹力－－回旋加速器 1932年美国物理学家劳伦斯巧妙地利用带电粒子在磁场中会发生偏转的特点，发明了回旋加速器，解决了这个问题。 回旋加速器工作原理 其结构为金属双 D 形盒，在其上加有磁场和交变的电场。 由于金属具有静电屏蔽作用，带电粒子在磁场的作用下作圆周运动，进入缝隙后，电场极性变换，粒子被反向加速，进入右半盒，由于速度增加，轨道半径也增加。然后又穿过缝隙，电场极性又变换，粒子不断地被加速。 将一粒子置于双 D形盒的缝隙处，在电场的作用下，进入左半盒。 1、带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，粒子每经过一个周期，被电场加速二次 2、将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起来是一个初速度为零的匀加速直线运动 3、带 ... ...
