洛伦兹力的应用使用ppt课件

1、莆田一中莆田一中 李真李真洛伦兹力的运用速度选择器洛伦兹力的运用速度选择器【讨论与交流】【讨论与交流】洛伦兹力的运用质谱仪洛伦兹力的运用质谱仪rx洛伦兹力的运用质谱仪洛伦兹力的运用质谱仪【讨论与交流】【讨论与交流】质子和质子和 粒子以一样的动能垂直进入同一磁场粒子以一样的动能垂直进入同一磁场,它们能分开吗它们能分开吗? 1931 1931年，加利福尼亚大学的劳年，加利福尼亚大学的劳 伦斯提出了一个杰出的思想，通伦斯提出了一个杰出的思想，通过磁场的作用迫使带电粒子沿着过磁场的作用迫使带电粒子沿着 磁极之间做螺旋线运动磁极之间做螺旋线运动, ,把长长把长长 的电极像卷尺那样卷起来，发明的电极像卷尺

2、那样卷起来，发明 了盘旋加速器，第一台直径为了盘旋加速器，第一台直径为27cm27cm的盘旋的盘旋 加速器投入运转，它能将质子加速器投入运转，它能将质子 加速到加速到1Mev1Mev。 1939 1939年劳伦斯获诺贝尔年劳伦斯获诺贝尔 物理奖。物理奖。U盘旋加速器洛伦兹力的运用盘旋加速器洛伦兹力的运用问题问题A2A1A3A4洛伦兹力的运用盘旋加速器洛伦兹力的运用盘旋加速器【讨论与交流】【讨论与交流】2、为了使带电粒子每次经过两、为了使带电粒子每次经过两D形盒的间隙时形盒的间隙时,恰能恰能遭到电场力作用且被加速遭到电场力作用且被加速,高频电源的周期应符合高频电源的周期应符合什么条件什么条件?3

3、、设盘旋加速器、设盘旋加速器D形盒的半径为形盒的半径为R,匀强磁场的磁感匀强磁场的磁感应强度为应强度为B,那么该盘旋加速器最多可以将质量为那么该盘旋加速器最多可以将质量为m、电荷量为电荷量为q的带电粒子加速到多大的速度的带电粒子加速到多大的速度?周期周期T=2pm/qB与速率和半径无关，即与速率和半径无关，即T不变不变应使高频电源的频率与粒子做匀速圆周运动的频率一样应使高频电源的频率与粒子做匀速圆周运动的频率一样当粒子做匀速圆周运动的最大半径等于当粒子做匀速圆周运动的最大半径等于D形盒的半径时，粒子形盒的半径时，粒子的速度到达最大：的速度到达最大：Vmax=qBR/m. 假设尽量加强盘旋加速器

4、的磁假设尽量加强盘旋加速器的磁场或加大场或加大D形盒半径，我们是不是就形盒半径，我们是不是就可以使带电粒子获得恣意高的能量可以使带电粒子获得恣意高的能量吗？吗？ 思索：思索：根据爱因斯坦的相对论原理，当带电粒子的速度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，就破坏了接近于光速时，运动粒子的质量不断变大，就破坏了盘旋加速器的任务条件，粒子就不能不断被加速盘旋加速器的任务条件，粒子就不能不断被加速EB_+ + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - -熄灭室熄灭室 发电通道发电通道燃料和氧化剂燃料和氧化剂磁流体发电机磁

5、流体发电机等离子体等离子体_+RBQQ=vS流量（）：单位时间内通过管道某一截面的液体体积。即。vU/Bd绝缘资料绝缘资料BdVU+-当管道内阴、阳离子运动稳定时，管道中流体的流速为：电磁流流量计电磁流流量计UabcQ= 若测出上、下两极板间的电压为 ，管道的长、宽、高分别是 、 、 ，则液体的流量为：绝缘资料绝缘资料+-abcVUc/BabDB例：假设流量计是如下图的一段非磁性资料制成的例：假设流量计是如下图的一段非磁性资料制成的 圆柱形的管道，相关参量如下图，内径为圆柱形的管道，相关参量如下图，内径为D D， 磁感应强度为磁感应强度为B B，求：，求： 假设管壁上假设管壁上a a、b b两

6、点间电势差为两点间电势差为U U，求流量，求流量Q Q。绝缘资料绝缘资料+-abcB_+霍尔效应霍尔效应IB带电粒子带电粒子在电场磁在电场磁场中的运场中的运动动带 电 粒带 电 粒子 在 电子 在 电场 中 的场 中 的运动运动直线运动：如用电场加速或减速粒子直线运动：如用电场加速或减速粒子带 电 粒带 电 粒子 在 磁子 在 磁场 中 的场 中 的运动运动直线运动当带电粒子的速度与磁直线运动当带电粒子的速度与磁场平行时场平行时带 电 粒带 电 粒子 在 复子 在 复合 场 中合 场 中的运动的运动直线运动：直线运动：偏转：类似平抛运动，普通分解成两偏转：类似平抛运动，普通分解成两 个分运动求

7、解个分运动求解圆周运动：以点电荷为圆心运动或受圆周运动：以点电荷为圆心运动或受安装约束运动安装约束运动圆周运动当带电粒子的速度与磁场圆周运动当带电粒子的速度与磁场垂直时垂直时螺旋状的运动螺旋状的运动(当带电粒子的速度与磁当带电粒子的速度与磁场成一定角度时场成一定角度时)圆周运动：圆周运动：普通的曲线运动普通的曲线运动例例3一个带电微粒在图示的正交匀强电场和匀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。那么该强磁场中在竖直面内做匀速圆周运动。那么该带电微粒必然带带电微粒必然带_，旋转方向为，旋转方向为_。假。假设知圆半径为设知圆半径为r，电场强度为，电场强度为 E 磁感

8、应强度为磁感应强度为 B，那么线速度为那么线速度为_。 BE负电，负电， 带电微粒在三个场共同作用下做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匀速圆周运动。必然是电场力和重力平衡，而洛伦兹力充任向心力平衡，而洛伦兹力充任向心力 ！逆时针，逆时针，v = qBr/m = gBr/E例例4. 如下图如下图,一对竖直放置的平行金属板一对竖直放置的平行金属板长为长为L,板间间隔为板间间隔为d,接在电压为接在电压为U的电源的电源上上,板间有一与电场方向垂直的匀强磁场，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，磁感应强度为磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为B.有一质量为有

9、一质量为m、带电荷量为、带电荷量为+q的油滴，的油滴，从离平行板上端从离平行板上端h高处由静止开场自在下高处由静止开场自在下落，由两板正中央落，由两板正中央p点处进入电场和磁场点处进入电场和磁场空间，油滴在空间，油滴在p点所受电场力和磁场力恰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好平衡，最后油滴从一块极板的边缘D处处分开电场和磁场空间；求：分开电场和磁场空间；求：1高度高度h为多少？为多少？2油滴在油滴在D点时的速度大小。点时的速度大小。例例5质量为质量为 m 带电量为带电量为 q 的小球套在竖直放置的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绝缘杆上，球与杆间的动摩

10、擦因数为。匀强电场。匀强电场和匀强磁场的方向如下图，电场强度为和匀强磁场的方向如下图，电场强度为 E，磁感应，磁感应强度为强度为 B。小球由静止释放后沿杆下滑。设杆足够。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，长，电场和磁场也足够大， 求运动过程中小球的求运动过程中小球的最大加速度和最大速度。最大加速度和最大速度。 EBqEqvBmgfN最大加速度为最大加速度为 g，此时有：，此时有：qvB=qE，N=0，f=0当摩擦力和重力大小相等时，当摩擦力和重力大小相等时，小球速度到达最大小球速度到达最大 BEqBmgv临界问题临界问题问题：假设将磁场反向，其他条件不变。最大加速问题：

11、假设将磁场反向，其他条件不变。最大加速度和最大速度又各是多少？何时出现？度和最大速度又各是多少？何时出现？mEqgaBEBqmgv开场的加速度最大为开场的加速度最大为摩擦力等于重力时速度最大，为摩擦力等于重力时速度最大，为EBqEqvBmgfN带电体在复合场中的运动带电体在复合场中的运动1 1、带电粒子在电场、磁场、重力场中的运动，简称带电粒子在、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，普通具有较复杂的运动图景。这类问题本质复合场中的运动，普通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讨思绪和运用力学的上是一个力学问题，应顺应力学问题的研

12、讨思绪和运用力学的根本规律。根本规律。分析带电粒子在电场、磁场中运动，主要是两条线索：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。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

13、习各种力做功的特点。此要熟习各种力做功的特点。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，应以题中界问题，应以题中“最大、最大、“最高、最高、“至少等词语为突破口，至少等词语为突破口，发掘隐含条件，根据临界条件列出辅助方程，再与其它方程联发掘隐含条件，根据临界条件列出辅助方程，再与其它方程联立求解。立求解。带电粒子带电粒子在电场磁在电场磁场中的运场中的运动动带 电 粒带 电 粒子 在 电子 在 电场 中 的场 中 的运动运动直线运动：如用电场加速或减速粒子直线运动：如用电场加速或减速粒子带 电 粒带 电 粒子 在 磁子 在 磁场 中 的场 中 的运动运动直线运动当带电粒子的速度与磁直线运动当带电粒子的速度与磁场平行时场平行时带 电 粒带 电 粒子 在 复子 在 复合 场 中合 场 中的运动的运动直线运动：垂直运动方向的力必定平衡直线运动：垂直运动方向的力必定平衡偏转：类似平抛运动，普通分解成两偏转：类似平抛运动，普通分解成两 个分运动求解个分运动求解圆周运动：以点电荷为圆心运动或受圆周运动：以点电荷为圆心运动或受安装约束运动安装约束运动圆周运动当带