川省攀枝花市米易中学高中物理选修3-1课件：《洛伦兹力与现代技术应用》.ppt

第六节 洛仑兹力与现代技术,一、带电粒子在磁场中的运动,1、洛仑兹力的作用zxxkw a、洛仑兹力永远对电荷不做功 b、洛仑兹力只改变电荷运动速度的方向 而不会改变电荷运动的速度大小,2、带电粒子在磁场中的圆周运动,b、动力学方程,a、向心力的来源,f,3 . 半径和周期公式,直线加速器的设想,早期的直线加速器的特点,高压电源组卷网,粒子获得最高能量可达10Mev,直线加速器的设想,以较小的电压实现多次加速粒子获得最高能量可达ev,尽管级与级的间距可以很小，但整个加速器还是延伸得非常长,加利佛尼亚斯坦福大学的粒子加速器,劳伦斯的巧妙改进,回旋加速器的结构,其结构为金属双 D 形屏蔽盒，在屏蔽盒上加有磁场和交变的电场。当带电粒子从双 D形盒的中心缝隙处释放后，在电场的作用下，粒子不断地被加速。,劳伦斯遇到的问题,带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与速率增大时，它的运动周期是否变化？,要保证粒子每次经过型盒的间隙时都能受到合适的电场力而被加速，高频电源的频率应符合怎样的要求？,周期与半径无关,回旋加速器,工作原理,费米实验室环形加速器,同步加速器,同步加速器应用,北京正负电子对撞机部分原理图,三、质谱仪,S1、S2为加速电场，P1、P2之间则为速度选择器,之后进入磁场运动。,V,qvB=qE,+,f,F电,F电,f,质谱仪图片,+,_,6、 一束几种不同的正离子, 垂直射入有正交的匀强磁场和匀强电场区域里, 离子束保持原运动方向未发生偏转. 接着进入另一匀强磁场, 发现这些离子分成几束如图. 对这些离子, 可得出结论 （ ） A. 它们的动能一定各不相同 B. 它们的电量一定各不相同 C. 它们的质量一定各不相同 D. 它们的荷质比一定各不相同,答案:D,13如图所示，一带电粒子由静止开始经电压U加速后，从O孔进入垂直纸面向里的匀强磁场中，并打在了P点。测得OP=L，磁场的磁感应强度为B，则带电粒子的比荷q/m= 。（不计重力）,P,B,U,O,1如图2所示，在通电直导线下方，有一电子沿平行导线方向以速度V开始运动，则A将沿轨迹运动，半径越来越小 B将沿轨迹运动，半径越来越大 C将沿轨迹运动，半径越来越小 D将沿轨迹运动，半径越来越大,V,I,B1,B2,+,v,2.如图所示，忽略电荷的重力，已知B2=2B1，画出一电荷运动的路径。,如果将磁场B1方向改变为与原来方向相反，路径又是怎样？,B1,B2,3边长为a的正方形，处于有界磁场如图，一束电子以v0水平射入磁场后，分别从A处和C处射出，则vA：vC=_；所经历的时间之比tA：tB=_。,有三束粒子，分别是质子、氚核和粒子，如果它们以相同的速度沿垂直与磁场方向射入匀强磁场中，如图所示，则正确表示这三束粒子运动轨迹的是,B1,B2,+,v,如图所示，忽略电荷的重力， 已知B2=2B1，画出一电荷运 动的路径。如果将磁场B1方 向，路径又是怎样？,【例题】如图所示，质量为m，带电量为q的正电荷从长、宽均为d的板中间位置射入匀强磁场，磁感应强度为B，要使电荷不从板间射出，则电荷的速度满足什么条件？,o1,R1,R2,o2,能否求出两种临界条件 下电荷运动的时间？,收获： 如何找圆心？ 如何求半径？ 如何求时间？,带电粒子在磁场中的运动分析,【练习】 1、如图所示，一束电子（电荷量为e)以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场中，穿过磁场时的速度方向与电子原来的入射方向的夹角为300，求 （1）电子的质量m （2）电子在磁场中的运动时间,2、在半径为R0.02m的圆内有B2.010-3T的匀强磁场，一个电子从A点沿AO方向射入磁场，如图所示，离开磁场时电子获得600的偏转角度，试求电子的速度大小和在磁场中运动的时间,3、一个质量为m、电量为q的带电粒子从x轴上的P(a,0)点以速度v沿与x正方向成600角的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射入第二象限（如图）求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的坐标。,O,R,4、如图所示，分界面MN右侧是区域足够大的匀强磁场区域，现由O点射入两个速度、电量、质量都相同的正、负粒子，重力不计，射入方向与分界面成角，则 A、它们在磁场中的运动的时间相同 B、它们在磁场中圆周运动的半径相同 C、它们到达分界面是的速度方向相同 D、它们到达分界面的位置与O的距离相同,O,5、如图所示，在x轴上方（y0)存在着纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B，在原点O有一个离子源向x轴上方的各个方向射出质量为m、电量为q的正离子，速度都为v，对那些在xy平面内运动的离子，在磁场中可能得到的最大x_，最大y_,【例题】在真空中同时存在竖直向下的匀强电场和垂直与纸面向里的匀强磁场，三个带有同种电荷的油滴a,b,c,d在场中做不同的运动，其中a静止，b向右做匀速直线运动，c向左做匀速直线运动，而d则做匀速圆周运动，则它们的质量之间的关系是：_， d做圆周运动的旋转方向是：_.,带电粒子在复合场中的运动分析,【练习】 1、设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，已知一粒子在电场力和洛仑兹力的作用下，从静止开始自A点沿曲线ACB运动，到达B点时的速度为零，C点是运动的最低点，忽略重力，以下说法正确的是 A、此粒子必为正电荷 B、A点和B点位于同一高度 C、粒子在C点速度最大 D、粒子到达B点后沿原路返回,2、如图所示，带电液滴从高处自由下落h后，进入一个匀强电场与匀强磁场互相垂直的区域，磁场方向垂直与纸面（图中未画出），电场强度为E，磁感应强度为B，已知液滴在此区域做匀速圆周运动，求带电液滴在复合场中做圆周运动的半径,h,3、用长为L的悬线悬挂质量为m、带电量为+q的小球，使其处于匀强电场和匀强磁场区域中，从与悬点等高位置释放，如图所示，运动过程中悬线没有松弛。则带电小球在摆动过程中通过最低点时，悬线拉力大小是多少？,+,+,E,4、如图所示，在x轴的上方有垂直于xy平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B；在x轴下方由沿Y轴负向的匀强电场，场强为E。一质量为m、带电量为-q的带电粒子从坐标原点O沿着y轴正向射出，射出之后，第三次到达x轴时，它与原点的距离为L，球此粒子射出时的速度v和运动的总路程S,5、如图所示，套在很长的绝缘直棒上的小球质量为0.1g，带有4104C的正电，小球在棒上可以滑动，将此棒竖直的放在互相垂直的水平方向的匀强电场和匀强磁场中，匀强电场的电场强度E10N/C，匀强磁场的磁感应强度B0.5T，小球与棒间的动摩擦因数0.2，设小球由静止沿棒竖直下落，试求小球速率达到1m/s时的加速度和小球下落的最大速度（g=10m/s2）,6、如图所示，空间存在的电场和磁场B方向互相垂直，一质量为m、带电量为q的带正电小球静止在倾角为300、足够长的绝缘光滑斜面顶端，此时小球对斜面压力恰好为零，若迅速把电场方向改为向下，则小球在斜面上能运动多多远？,+,300,B,E,m, q,磁流体发动机,如图所示，假设极板间距离为d，磁感应强度为B，正负离子电量为e，射入速度为v，外接电阻为R。则 （1）图中哪个板是正极板？ （2）发动机的电动势为多大？,a,b,电磁流量计,如图所示，电磁流量计的主要部件是拄状非磁性管，该管横截面积是边长为d的正方形，管内有导电液体水平向右流动，在垂直于液体流动的方向上加一个水平指向纸里的匀强磁场，磁感应强度为B，现测得液体上下表面a,b两点间的电势差为U，求管内导电液体的流量Q（流量是指流过该管液体体积与时间的比值）,安培力的运用,如图是一个测定磁感应强度B的装置，在天平的一端挂一个矩形线圈，它的底边放在待侧的匀强磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，线圈匝数为n=10，底边长L20cm，当线圈通过0.2A的电流时，天平达到平衡， 然后保持电流大小不变，使 电流反向，此时发现天平左 盘再加入m36g的砝码才 能使天平平衡，求磁感应强 度的大小。（g=10m/s2),如图所示，质量为m、电阻为R的导体棒ab放在与水平面夹角为的倾斜金属导轨上，导轨间距为d，电阻不计，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中。磁感应强度为B，电池内阻不计。 （1）若导轨光滑，电源电动势E为多大才能使导体棒静止在导轨上？ （2）若导体棒与导轨之间 的动摩擦因数为，且不通 电时导体棒不能静止在导 轨上，要使棒静止在导轨 上，电动势应该为多大？,如图所示，质量为m的铜棒搭在U形导线框右端，棒长和框宽均为L，磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下，电键闭合后，在磁场安培力的作用下，铜棒被平抛出去，下落h后的水平位移为s，求闭合电键后通过铜棒的电荷量Q。,学习册97页:1.一带电粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中作匀速圆周运动,如果它顺利进入磁感应强度为2B