广东省惠东县高潭中学高中物理 36洛伦兹力与现代技术（1）课件 粤教版必修3.ppt

第六节洛伦兹力与现代技术 复习回顾 1 洛伦兹力 用左手定则判断 2 洛伦兹力的特点 f v 方向 大小 f b 1 2 洛伦兹力对电荷永不做功 3 洛兹力只改变速度的方向 不改变速度的大小 一 带电粒子在匀强磁场中的运动 带电粒子平行射入匀强磁场 粒子做什么运动 重力不计 问题1 理论推导 一 带电粒子在匀强磁场中的运动 问题2 带电粒子垂直射入匀强磁场 粒子做什么运动 重力不计 zxxk 洛伦兹力演示仪 线圈未通电时 b 0 线圈通电时 b 0方向垂直线圈平面向里 讨论与交流 已知质量为m 电荷量为q 速率为v的带电粒子在匀强磁场b中做匀速圆周运动 请导出粒子的轨道半径r和周期t的公式 1 圆周运动的半径 2 圆周运动的周期 带电粒子受到的洛伦兹力提供向心力 继续讨论 粒子运动轨道半径与哪些因素有关 关系如何 m不同 q相同的带电粒子 若以大小相等的v垂直进入同一匀强磁场 它们的轨道半径关系如何 带电粒子在磁场中做圆周运动的周期大小与哪些因素有关 关系如何 同一带电粒子 在磁场中做圆周运动 当它的速率增大时 其周期怎样改变 练习1 在匀强磁场中 一个带电粒子做匀速圆周运动 如果又垂直进入另一磁感应强度是原来的磁感应强度2倍的匀强磁场 则 a 粒子的速率加倍 周期减半b 粒子的速率不变 轨道半径减半c 粒子的速率减半 轨道半径为原来的四分之一d 粒子的速率不变 周期减半 bd 练习2 一电子和质子 以相同的速度垂直于磁感线方向进入匀强磁场 在磁场中做匀速圆周运动 那么这两个粒子 a 偏转方向相同 半径相同b 偏转方向不同 半径相同c 偏转方向相同 半径不相同d 偏转方向不同 半径不相同 d 练习3 一个带电粒子沿垂直于磁场方向射入一匀强磁场 粒子的一段运动径迹如图所示 径迹上每一小段可近似看成圆弧 由于带电粒子的运动使沿途的空气电离 粒子的动能逐渐减小 电量不变 从图中情况可以确定 a 粒子从a到b 带正电 粒子从b到a 带正电 粒子从a到b 带负电 粒子从b到a 带负电 二 带电粒子在有界磁场中的运动 步骤 画轨迹 找圆心 a 两速度垂线的交点既圆心 b 弦长的中垂线与速度的垂线的交点既圆心 由运动轨迹对应的几何关系求出半径 找到运动轨迹对应的圆心角 求出对应的运动时间 4 如图所示 在半径为r的圆的范围内 有匀强磁场 方向垂直圆所在平面向里 一带负电的质量为m电量为q粒子 从a点沿半径ao的方向射入 并从c点射出磁场 aoc 120o 则此粒子在磁场中运行的时间t 不计重力 5 如图所示 一束电子 电量为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 穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为300 求 电子的质量m 电子在磁场中的运动时间t 1 质谱仪 三 带电粒子在叠加场 交互场中的运动 汤姆生的学生阿斯顿发明了质谱仪 原理 带电粒子进入速度选择器可知 在磁场中 带电粒子的荷质比 2 回旋加速器 1 加速电场的周期与带电粒子在d型盒中圆周运动周期相等 2 设d型盒最大半径r 则回旋加速器所能达到的最大动能为 三 带电粒子在叠加场 交互场中的运动 回旋加速器的特点 1929年 劳伦斯发明了后来被称为回旋加速器的 原子击破器 1932年建成世界第一台回旋加速器 这是一种有奇特效能的能够加速带电粒子的装置 以后逐渐加大尺寸 在许多地方建成了一系列回旋加速器 致使他在加利福尼亚州伯克利的辐射实验室成为世界物理学家参观学习的基地 回旋加速器 劳伦斯还大力宣传推广用加速器中产生的放射性同位素或中子来治疗癌症等疑难病 由于在回旋加速器及其应用技术方面的成就 劳伦斯获得1939年度诺贝尔物理奖 在二战美国研制原子弹期间 劳伦斯从事过用电磁法分离铀 235 以及用加速器生产钚 239的实验研究 为探寻获取美国首批原子弹的装料途径做出了独特的贡献 到1948年 由劳伦斯建议制造的大型回旋加速器已能提供 粒子束 氘粒子束和质子束 同年初 物理学家加德西和拉蒂斯用回旋加速器的380mev 粒子找到了介子 不久美国即开始建造第一座 介子工厂 从此 开创了一个高能物理的新时代 由于劳伦斯的倡议和推动 美国加利福尼亚大学建造了一台6gev高能质子同步稳相加速器 物理学家们在这台巨型加速器上进行高能物理研究 完成了一系列重大发现 3 磁流体发电机 等离子体 即高温下电离的气体 含有大量的带正电荷和负电荷的微粒 总体是电中性的 三 带电粒子在叠加场 交互场中的运动 最简单的开式磁流体发电机由燃烧