第四单元、带电粒子在复合场中的运动.ppt

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1、带电粒子在复合场中的运动能忽略带电体重力的情况下（什么情况？），则只需考虑电场和磁场。这时有两种情况：1、电场和磁场成独立区域二力平衡-匀速直线运动不平衡-复杂的曲线运动分阶段求解处理方法：2、电场和匀强磁场共存区域处理方法：例1、如图所示，一个带电粒子两次以同样的垂直于场线的初速度v0分别穿越匀强电场区和匀强磁场区，场区的宽度均为L偏转角度均为α，求E∶Bαα注:在电场中射出速度方向的反向延长线过中点,但在磁场中不成立.1、电场和磁场成独立区域带电粒子在复合场中的运动例2、如图，两个共轴的圆筒形金属电极，其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝ａ、ｂ、ｃ和

2、ｄ，外筒的外半径为ｒ．在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场，磁感应强度大小为Ｂ．在两极间加上电压，使两筒之间的区域内有沿半径向外的电场．一质量为ｍ、带电量＋ｑ的粒子，从紧靠内筒且正对狭缝ａ的Ｓ点出发，初速度为零．如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点S，则两极之间的电压U应是多少?（不计重力，整个装置在真空中）带电粒子在复合场中的运动电场力与洛仑兹力的比较1、电场力与电荷的运动无关洛仑兹力与电荷的运动有关2、电场力做功改变动能的大小洛仑兹力不做功，不会改变动能的大小即在两个力共同作用下，加速减速的原因肯定是电场力影响。带电粒子在

3、复合场中的运动例2、如图所示，套在很长的绝缘直棒上的小球，质量为m，带电量为+q，小球可在直棒上滑动，将此棒竖直放在互相垂直，且沿水平方向的匀强磁场中，电场强度为E，磁场强度为B，小球与棒的动摩擦因素为μ，求：小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度（设小球电量不变）2、电场和匀强磁场共存区域EB若电场方向水平向左呢?带电粒子在复合场中的运动1）速度选择器带电粒子在复合场中的运动3、实际应用（1）任何一个正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。（2）带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。否则将发生偏转。即

4、有确定的入口和出口。（3）这个结论与粒子带何种电荷、电荷多少都无关。若速度小于这一速度，电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大，粒子的轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂曲线；若大于这一速度，将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。例1、某带电粒子从图中速度选择器左端由中点O以速度v0向右射去，从右端中心a下方的b点以速度v1射出；若增大磁感应强度B，该粒子将打到a点上方的c点，且有ac=ab，则该粒子带电；第二次射出时的速度为。若要使粒子从a点射出

5、,电场E=.abcov0典型例题：速度选择器例2、在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子垂直于电场和磁场方向射入场中，射出时粒子的动能减少了，为了使粒子射出时动能增加，在不计重力的情况下，可采取的办法是（　　）A、增大粒子射入时的速度B、减小磁场的磁感应强度C、增大电场的电场强度D、改变粒子的带电性质BC典型例题：速度选择器2）质谱仪思考：质谱仪的主要作用是什么？测定带电粒子的质量和分析同位素带电粒子在复合场中的运动例1、如图，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U的加速电场，然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的

6、磁场中，最后打到底片D上.(1)粒子在S1区做什么运动?(2)在S2区做何种运动，在S3区将做何种运动?(3)假如粒子沿一半圆运动打到底片D上，B距离D多远？典型例题：质谱仪3）回旋加速器带电粒子在复合场中的运动a、原理：磁场什么作用？使粒子在D形盒内。电场什么作用？重复多次对粒子。最终速度取决于什么量？b、条件：c、优点和缺点：两个D形金属盒做外壳的作用是什么?交变电压的周期等于粒子圆周运动的周期交变电压频率=粒子回旋频率（1）带电粒子在D形金属盒内运动的轨道半径是不等距分布的设粒子的质量为m，电荷量为q，两D形金属盒间的加速电压为U，匀强磁场的磁感

7、应强度为B，粒子第一次进入D形金属盒Ⅱ，被电场加速1次，以后每次进入D形金属盒Ⅱ都要被电场加速2次。粒子第n次进入D形金属盒Ⅱ时，已经被加速（2n-1）次。问题:带电粒子在D形金属盒内任意两个相邻的圆形轨道半径之比为多少?可见带电粒子在D形金属盒内运动时，轨道是不等距分布的，越靠近D形金属盒的边缘，相邻两轨道的间距越小。带电粒子在复合场中的运动（2）带电粒子在回旋加速器内运动，决定其最终能量的因素Ek=可见，粒子获得的能量与回旋加速器的直径有关，直径越大，粒子获得的能量就越大。（3）决定带电粒子在回旋加速器内运动时间长短的因素t=nT=.=带电粒子在复

8、合场中的运动例1、如图为处于真空室内的回旋加速器示意图，质量为m，带电量为q的带电粒子，刚进入