学鲁科版选修31 6.3洛仑兹力的应用 课件（3）（28张）.ppt

欢迎大家进入物理的世界 洛伦兹力的应用 一 速度选择器 1 若带电粒子带负电 会不会影响速度选择器对速度的选择 2 若把磁场或电场反向 会不会影响速度选择器对速度的选择 3 若把磁场和电场同时反向 会不会影响速度选择器对速度的选择 洛伦兹力的应用 速度选择器 讨论与交流 二 荷质比 比荷 的测定 质谱仪 1 荷质比 比荷 的概念 带电粒子的电荷与质量之比 它是带电粒子的基本参量 2 测定荷质比的装置 a 电离室 s1 s2 加速电场 b 匀强磁场 d 照相底片 3 测定荷质比的装置 质谱仪 最初由汤姆生发现的 洛伦兹力的应用 质谱仪 r x 洛伦兹力的应用 质谱仪 讨论与交流 质子和粒子以相同的动能垂直进入同一磁场 它们能分开吗 1931年 加利福尼亚大学的劳伦斯提出了一个卓越的思想 通过磁场的作用迫使带电粒子沿着磁极之间做螺旋线运动 把长长的电极像卷尺那样卷起来 发明了回旋加速器 第一台直径为27cm的回旋加速器投入运行 它能将质子加速到1mev 1939年劳伦斯获诺贝尔物理奖 u 回旋加速器 洛伦兹力的应用 洛伦兹力的应用 回旋加速器 讨论与交流 1 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时 如果速率v增大引起半径r增大 其运动周期t是否变化 2 为了使带电粒子每次经过两d形盒的间隙时 恰能受到电场力作用且被加速 高频电源的周期应符合什么条件 3 设回旋加速器d形盒的半径为r 匀强磁场的磁感应强度为b 则该回旋加速器最多可以将质量为m 电荷量为q的带电粒子加速到多大的速度 周期t 2pm qb与速率和半径无关 即t不变 应使高频电源的频率与粒子做匀速圆周运动的频率相同 当粒子做匀速圆周运动的最大半径等于d形盒的半径时 粒子的速度达到最大 vmax qbr m 如果尽量增强回旋加速器的磁场或加大d形盒半径 我们是不是就可以使带电粒子获得任意高的能量吗 思考 根据爱因斯坦的相对论原理 当带电粒子的速度接近于光速时 运动粒子的质量不断变大 就破坏了回旋加速器的工作条件 粒子就不能一直被加速 磁流体发电机 电磁流流量计 例 假设流量计是如图所示的一段非磁性材料制成的圆柱形的管道 相关参量如图所示 内径为d 磁感应强度为b 求 若管壁上a b两点间电势差为u 求流量q 带电体在复合场中的运动 带电粒子在电场磁场中的运动 带电粒子在电场中的运动 直线运动 如用电场加速或减速粒子 带电粒子在磁场中的运动 直线运动 当带电粒子的速度与磁场平行时 带电粒子在复合场中的运动 直线运动 偏转 类似平抛运动 一般分解成两个分运动求解 圆周运动 以点电荷为圆心运动或受装置约束运动 圆周运动 当带电粒子的速度与磁场垂直时 螺旋状的运动 当带电粒子的速度与磁场成一定角度时 圆周运动 一般的曲线运动 平衡状态 例1 在真空中 匀强电场e的方向竖直向下 匀强磁场b的方向垂直纸面向里 三个油滴a b c带有等量同种电荷 已知a静止 b以v向右匀速运动 c以v向左匀速运动 试比较它们的质量 ma mb mc的关系 直线运动 例2 质量为m 带电量为q的液滴以速度v沿与水平成45 角斜向上进入正交的匀强电场和匀强磁场叠加区域 电场强度方向水平向右 磁场方向垂直纸面向里 液滴在重力 电场力及磁场力共同作用下在场区做匀速直线运动 问 液滴带什么电 电场强度e和磁感应强度b各多大 当液滴运动到某一点a时 电场方向突然变为竖直向上 大小不改变 此时液滴加速度a多大 此后液滴做什么运动 45 例3 一个带电微粒在图示的正交匀强电场和匀强磁场中在竖直面内做匀速圆周运动 则该带电微粒必然带 旋转方向为 若已知圆半径为r 电场强度为e磁感应强度为b 则线速度为 负电 带电微粒在三个场共同作用下做匀速圆周运动 必然是电场力和重力平衡 而洛伦兹力充当向心力 逆时针 v qbr m gbr e 圆周运动 例4 如图所示 一对竖直放置的平行金属板长为l 板间距离为d 接在电压为u的电源上 板间有一与电场方向垂直的匀强磁场 磁场方向垂直纸面向里 磁感应强度为b 有一质量为m 带电荷量为 q的油滴 从离平行板上端h高处由静止开始自由下落 由两板正中央p点处进入电场和磁场空间 油滴在p点所受电场力和磁场力恰好平衡 最后油滴从一块极板的边缘d处离开电场和磁场空间 求 1 高度h为多少 2 油滴在d点时的速度大小 一般曲线运动 例5 质量为m带电量为q的小球套在竖直放置的绝缘杆上 球与杆间的动摩擦因数为 匀强电场和匀强磁场的方向如图所示 电场强度为e 磁感应强度为b 小球由静止释放后沿杆下滑 设杆足够长 电场和磁场也足够大 求运动过程中小球的最大加速度和最大速度 最大加速度为g 此时有 qvb qe n 0 f 0 当摩擦力和重力大小相等时 小球速度达到最大 临界问题 问题 若将磁场反向 其余条件不变 最大加速度和最大速度又各是多少 何时出现 开始的加速度最大为 摩擦力等于重力时速度最大 为 带电体在复合场中的运动 1 带电粒子在电场 磁场 重力场中的运动 简称带电粒子在复合场中的运动 一般具有较复杂的运动图景 这类问题本质上是一个力学问题 应顺应力学问题的研究思路和运用力学的基本规律 分析带电粒子在电场 磁场中运动 主要是两条线索 力和运动的关系 根据带电粒子所受的力 运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解 功能关系 根据场力及其它外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系 从而可确定带电粒子的运动情况 这条线索不但适用于均匀场 也适用于非均匀场 因此要熟悉各种力做功的特点 带电体在复合场中受力情况复杂运动情况多变 往往出现临界问题 应以题中 最大 最高 至少 等词语为突破口 挖掘隐含条件 根据临界条件列出辅助方程 再与其它方程联立求解 带电粒子在电场磁场中的运动 带电粒子在电场中的运动 直线运动 如用电场加速或减速粒子 带电粒子在磁场中的运动 直线运动 当带电粒子的速度与磁场平行时 带电粒子在复合场中的运动 直线运动 垂直运动方向的力必定平衡 偏转 类似平抛运动 一般分解成两个分运动求解 圆周运动 以点电荷为圆心运动或受装置约束运动 圆周运动 当带电粒子的速度与磁场垂直时 螺旋状的运动 当带电粒子的速度与磁场成一定角度