帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(編輯修改稿)
2025-05-26 06:44 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 帶電粒子經(jīng)過電場(chǎng)的加速后，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)半個(gè)周期，再次進(jìn)入電場(chǎng)，在半個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)的方向發(fā)生改變。這樣帶電粒子進(jìn)入電場(chǎng)后會(huì)被重新加速。這樣重復(fù)下去，隨著帶電粒子的加速，速度增大，圓周運(yùn)動(dòng)的半徑也會(huì)增大。當(dāng)圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與回旋加速器的半徑相等時(shí)，粒子會(huì)從回旋加速器中釋放。 最終人們經(jīng)過多次試驗(yàn)設(shè)計(jì)出了回旋加速器： D D2是兩個(gè)中空半徑的金屬盒，他們之間有一定的電勢(shì)差 U。 A處的粒子源產(chǎn)生的帶電粒子， 在兩盒之間被電場(chǎng)加速。兩個(gè)半圓盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng) B中，所以粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過半個(gè)圓周之后，當(dāng)它再次達(dá)到兩盒間的縫隙時(shí)，控制兩盒間的電勢(shì)差，使其恰好 改變正負(fù)，于是粒子經(jīng)過盒縫時(shí)再一次被加速。如此，粒子在做圓周運(yùn)動(dòng)的過程中一次一次的地經(jīng)過盒縫，而兩盒間的電勢(shì)差一次一次地反向，粒子的速度就能夠增加到很大。 回旋加速器加速的帶電粒子，能量達(dá)到 25～30ev后，就很難加速了。原因是，按照狹義相對(duì)論，粒子的質(zhì)量隨著速度的增大而增大，而質(zhì)量的變化會(huì)導(dǎo)致其回旋周期的變化，從而破壞了與電場(chǎng)變化周期的同步。 實(shí)際應(yīng)用中的回旋加速器 課堂小結(jié) 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它受的 洛倫茲力總是與速度方向垂直 ，洛倫茲力在速度方向沒有分量，所以 洛倫茲力不改變粒子速度的大小 ，即 洛倫茲力不對(duì)帶電粒子做功 ，不改變粒子的能量。 一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 由于粒子的速度的大小不變，所以粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受的洛倫茲力的大小也不改變，加之洛倫茲力子總與速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。所以， 沿著磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 。 二、回旋加速器 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期半徑公式分別為： qBmvr ?qBmT ?2? 回旋加速器的設(shè)計(jì)原理是帶電粒子在電場(chǎng)中加速，然后進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)半周，電場(chǎng)的方向發(fā)生改變，帶電粒子重新進(jìn)入電場(chǎng)加速。這樣重復(fù)，只要粒子的半徑增大到與回旋加速器的半徑相等，粒子從回旋加速器中釋放。 課堂練習(xí) ，加速帶電粒子所獲得的能量，下列提供的選項(xiàng)正確的是（ ）。 ，半徑越大，能量越大； ，磁場(chǎng)越大，能量越大； ，電場(chǎng)越大，能量越大； ，質(zhì)量和電荷量越大，能量越大。 A １ ∶ １ α 粒子在同一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做半徑相同的圓周運(yùn)動(dòng)，由此可知質(zhì)子的動(dòng)能 E1和 α 粒子的動(dòng)能 E2之比為 E1/E2=________。 ，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一傾角為 θ，做夠場(chǎng)的光滑絕緣斜面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B，方向水平向外，有一質(zhì)量為 m、帶電量為 +q，的小球由靜止在斜面頂端開始下滑，求小球能在斜面上連續(xù)滑行多遠(yuǎn)？所用的時(shí)間是多少？ 小球的速度沿斜面向下，根據(jù)左手定則，洛倫茲力的方向垂直于斜面向上，重力方向向下，當(dāng)洛倫茲力向上的分力與重力相等時(shí)，物體就會(huì)脫離斜面。 + θ F mg v N ?c o smgq v B ?脫離斜面時(shí)： 物體的加速度為： ?? s ins in gmmgmFa ???則所經(jīng)歷的時(shí)間： ?c o smgB q vF ??此時(shí)：
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