課程內(nèi)容

《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》
電子速度的大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度可以分別通過(guò)電子槍的加速電壓和勵(lì)磁線圈的電流來(lái)調(diào)節(jié)。
一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它所受的洛倫茲力總與速度方向垂直，洛倫茲力在速度方向沒(méi)有分量，所以洛倫茲力不改變帶電粒子速度的大小，或者說(shuō)，洛倫茲力不對(duì)帶電粒子做功，不改變粒子的能量。
由于粒子速度的大小不變，所以粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的大小也不改變，加之洛倫茲力總與速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。所以，沿著與磁場(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)。
在粒子物理學(xué)的研究中，可以讓粒子通過(guò)“云室”“氣泡室”等裝置，顯示它們的徑跡。
【例1】一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從容器A下方的小孔S1飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為0，然后經(jīng)過(guò)S3沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后打到照相底片D上。
（1）求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度。
（2）求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。
【例2】如圖所示，半徑為r的圓形空間內(nèi)，存在著垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶電粒子（不計(jì)重力），從A點(diǎn)以速度v0垂直磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)中，并從B點(diǎn)射出，∠AOB=120°，則該帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為_(kāi)__________
二、回旋加速器
由于粒子在加速過(guò)程中的徑跡為直線，其加速裝置要很長(zhǎng)很長(zhǎng)。人們進(jìn)一步思考，如果帶電粒子在一次加速后又轉(zhuǎn)回來(lái)被第二次加速，如此往復(fù)“轉(zhuǎn)圈圈”式地被加速，而磁場(chǎng)正好能解決這個(gè)問(wèn)題，于是，人們依據(jù)這個(gè)思路設(shè)計(jì)出了用磁場(chǎng)控制軌道、用電場(chǎng)進(jìn)行加速的回旋加速器。
回旋加速器的工作原理：D1和D2是兩個(gè)中空的半圓金屬盒，它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(guò)半個(gè)圓周之后，當(dāng)它再次到達(dá)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(guò)盒縫時(shí)再一次被加速。如此，粒子在做圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中一次一次地經(jīng)過(guò)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。