1、美丽的极光美丽的极光江苏省天一中学江苏省天一中学 朱顺明朱顺明问题问题1 1：带电粒子带电粒子平行平行射入匀强磁场做什么运动？射入匀强磁场做什么运动？（重力不计）（重力不计）若若带电粒子带电粒子垂直垂直射入匀强磁场又做什么运动？（重力射入匀强磁场又做什么运动？（重力不计）不计）匀速直线运动匀速直线运动（结合粒子的受力情况和运动状态，（结合粒子的受力情况和运动状态，抓住洛伦兹力方向和速度方向的关抓住洛伦兹力方向和速度方向的关系分析）系分析）Bv0F=0F=qvBv0BF洛洛F洛洛F洛洛F洛洛理理论论探探究究洛伦兹力总与速度方向垂直，不改变带电洛伦兹力总与速度方向垂直，不改变带电粒子的速度大小，只
2、改变速度方向。粒子的速度大小，只改变速度方向。实实验验验验证证洛伦兹力演示仪洛伦兹力演示仪电子枪电子枪励磁线圈励磁线圈加速加速电压电压励磁励磁电流电流I I qvFB自自主主学学习习问题问题2 2：有一质量为有一质量为m m，电荷量为，电荷量为q q的带电粒子（不计的带电粒子（不计重力），以速度重力），以速度V V垂直进入磁感应强度为垂直进入磁感应强度为B B的匀强磁场的匀强磁场中，试问粒子做匀速圆周运动的圆半径中，试问粒子做匀速圆周运动的圆半径r r和运动周期和运动周期T T？实实验验验验证证加速加速电压电压励磁励磁电流电流qBmvr 问题问题3 3：若粒子在运动过程中速率越来越小，它的轨迹
3、若粒子在运动过程中速率越来越小，它的轨迹会是怎样？会是怎样？实实验验验验证证带电粒子在气泡室运动径迹的照片带电粒子在气泡室运动径迹的照片同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中，同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中，其运动轨迹如图所示：其运动轨迹如图所示：（1 1）比较三束粒子速度）比较三束粒子速度V V1 1 、V V2 2 、V V3 3大小关系；大小关系；（2 2）比较三束粒子从）比较三束粒子从O O点出发分别到达点出发分别到达1 1、2 2、3 3点所点所用时间用时间t t1 1 、t t2 2 、t t3 3大小关系？大小关系？+小小试试牛牛刀刀0v2+质质谱谱仪仪问题问
4、题4 4：现一粒子从容器现一粒子从容器A A下方小下方小孔孔S S1 1飘入飘入（其初速度近似为其初速度近似为0 0）已已知知S S1 1S S2 2间加速电压为间加速电压为U U，粒子质量，粒子质量m m，电量，电量q q。试求粒子在磁场中运。试求粒子在磁场中运动的轨道半径动的轨道半径r r？mq2v qUmv21S S221U可得：能间，电场力做功获得动在qmU2B1rvqmvrrvmqvv2可得：代入力提供向心力垂直进入磁场，洛伦兹以速度BBS1S2应用应用质谱仪质谱仪底片底片质质谱谱仪仪阿斯顿阿斯顿（F.W.Aston，18771945）19221922年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖世界
5、上第一台质谱分析器世界上第一台质谱分析器磁式质谱磁式质谱S1S2问题问题5 5：如何获得高能粒子？如何获得高能粒子？加加速速器器 2q应用应用加速器加速器直直线线加加速速器器回回旋旋加加速速器器回回旋旋加加速速器器劳伦斯劳伦斯 19321932年，加利福尼亚大学的劳年，加利福尼亚大学的劳 伦斯提出了一个卓越的思想，通伦斯提出了一个卓越的思想，通 过磁场的作用迫使带电粒子沿着过磁场的作用迫使带电粒子沿着 磁极之间做螺旋线运动磁极之间做螺旋线运动,把长长把长长 的电极像卷尺那样卷起来，发明的电极像卷尺那样卷起来，发明 了回旋加速器，第一台直径为了回旋加速器，第一台直径为27cm27cm的回旋的回旋
6、 回速器投入运行，它能将质子回速器投入运行，它能将质子 加速到加速到1Mev1Mev。1M=101M=106 6eV eV 1939年诺贝尔物理奖年诺贝尔物理奖回回旋旋加加速速器器问题问题6 6：粒子在磁场中运动周期变化吗？粒子在磁场中运动周期变化吗？电源的正负极经过多长时间改变方向一次？电源的正负极经过多长时间改变方向一次？（设两个（设两个D D型盒间距型盒间距很小，其运动时间可忽略）很小，其运动时间可忽略）问题问题7 7：电源的正负极变化周期与粒子的运动周期有什么关系：电源的正负极变化周期与粒子的运动周期有什么关系？（设两个（设两个D D型盒间距很小，其运动时间可忽略）型盒间距很小，其运动时间可忽略）课堂小结带电粒子在匀强磁场中运动带电粒子在匀强磁场中运动v/B匀速直线运动匀速直线运动vB匀速圆周运动运动匀速圆周运动运动2 mTqB应用应用规律规律回旋加速器回旋加速器质谱仪质谱仪qBmvr V与与B成成角角(0,90)Bv0 拓展多彩的极光多彩的极光带电粒子射向地球两极带电粒子射向地球两极
