6 带电粒子在匀强磁场中的运动
[学科素养与目标要求]
物理观念：1.掌握带电粒子在匀强磁场中运动的规律.2.知道质谱仪、回旋加速器的构造和工作原理．
科学思维：1.掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的分析方法，会推导匀速圆周运动的半径公式和周期公式.2.会利用相关规律解决质谱仪、回旋加速器问题．
一、洛伦兹力的特点
由于洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直，故洛伦兹力对粒子不做功．
二、带电粒子在匀强磁场中的运动
1．若v∥B，洛伦兹力F＝0，带电粒子以速度v做匀速直线运动．
2．若v⊥B，带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动．
(1)向心力由洛伦兹力提供，即qBv＝m.
(2)轨道半径：r＝.
(3)周期：T＝，T与速度v无关．
三、质谱仪
1．用途：测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具．
2．运动过程：
(1)带电粒子经过电压为U的加速电场加速，qU＝mv2①.
(2)垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做匀速圆周运动，r＝②，由①②得r＝.
3．分析：如图1所示，根据带电粒子在磁场中做圆周运动的半径大小，就可以判断带电粒子比荷的大小，如果测出半径且已知电荷量，就可求出带电粒子的质量．
图1
四、回旋加速器
1．构造图(如图2所示)
图2
2．工作原理
(1)电场的特点及作用
特点：两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的电场．
作用：带电粒子经过该区域时被加速．
(2)磁场的特点及作用
特点：D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中．
作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，从而改变运动方向，半个周期后再次进入电场．
