教科版高二上学期物理教学：选修3-1　3.5　洛伦兹力应用 ppt课件

1、 3.5 3.5 洛伦兹力的运用洛伦兹力的运用3、某些带电体能否思索重力，要根据标题暗、某些带电体能否思索重力，要根据标题暗示或运动形状来断定示或运动形状来断定磁场中的带电粒子普通可分为两类：磁场中的带电粒子普通可分为两类：1、带电的根本粒子：如电子，质子，、带电的根本粒子：如电子，质子，粒子，正负粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和洛仑磁力相比在小得离子等。这些粒子所受重力和洛仑磁力相比在小得多，除非有阐明或明确的暗示以外，普通都不思索多，除非有阐明或明确的暗示以外，普通都不思索重力。但并不能忽略质量。重力。但并不能忽略质量。2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有、带电微粒：如带电小

2、球、液滴、尘埃等。除非有阐明或明确的暗示以外，普通都思索重力。阐明或明确的暗示以外，普通都思索重力。1、圆周运动的半径、圆周运动的半径mvRqB2、圆周运动的周期、圆周运动的周期2 mTqB2vqvBmR2 RTv复习回想复习回想tan2rR0mvRqB0tan2qBrmv可见：对于一定的带电粒子。可以经过调理可见：对于一定的带电粒子。可以经过调理B和和V0的的大小来控制粒子的偏转角度。大小来控制粒子的偏转角度。磁偏转的特点：只改动速度的方向，不改动速度的磁偏转的特点：只改动速度的方向，不改动速度的大小。大小。1只选择速度，不选择粒子质量、电量、电性；只选择速度，不选择粒子质量、电量、电性；

3、2.特点：特点：2其中的其中的E、B的方向不仅相互垂直，且还有确定的关系；的方向不仅相互垂直，且还有确定的关系； 3速度选择器中的粒子只能沿一个确定的方向经过。速度选择器中的粒子只能沿一个确定的方向经过。 1.原理：原理：oEvBoqv BqE 在如下图的平行板器件中，电场强度和磁感应强度相互垂在如下图的平行板器件中，电场强度和磁感应强度相互垂直，具有不同程度速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。直，具有不同程度速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种安装能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫速度这种安装能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫速度选择器。选择器。B挡板挡板 洛伦兹

4、力大于电场力，带电粒子向洛伦兹力方向偏转，电场力将洛伦兹力大于电场力，带电粒子向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是曲线。做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是曲线。(1)(1)假设假设V V小于这一速度小于这一速度V0V0？电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大, ,轨迹是曲线。轨迹是曲线。(2)(2)假设假设V V大于这一速度大于这一速度VOVO？原理：原理：oEvBoqv BqEoEqvBqEvvBoEqvB

5、qEvvBB挡板挡板2102qUmv1加速：动能定理加速：动能定理2速度选择：速度选择：3偏转：偏转：4丈量：丈量：1EvB22LmvRqB2122qvEmB RB B L测质量：测质量：1 1加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能添加，带电粒子的动能添加，qU=qU=EkEk2 2直线加速器，多级加速直线加速器，多级加速如下图是多级加速安装的原理图：如下图是多级加速安装的原理图：三、加速器三、加速器由动能定理得由动能定理得: :带电粒子经带电粒子经n n极的电场加速后添加的动能为：极的电场加速后添加的动能为：)(321nkUUUUqE缺

6、陷：直线加速器占有的空间范围大，在有限的空缺陷：直线加速器占有的空间范围大，在有限的空 间范围内制造直线加速器遭到一定的限制间范围内制造直线加速器遭到一定的限制1966年建成的美国斯坦福电子直线加速器管长年建成的美国斯坦福电子直线加速器管长3050米米.劳伦斯劳伦斯19011958：美国物理学家：美国物理学家盘旋加速器盘旋加速器 加速条件：交流电源的周期与带电粒子在匀强加速条件：交流电源的周期与带电粒子在匀强 磁场中做匀速圆周运动的周期一样磁场中做匀速圆周运动的周期一样.构造：两个构造：两个 D 形金属扁盒，在其上加有磁场和交形金属扁盒，在其上加有磁场和交变的电场，两个变的电场，两个 D形盒缝

7、隙中心附近有离子源。形盒缝隙中心附近有离子源。盘旋加速器盘旋加速器1.两两D形盒中有匀强磁场形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交无电场，盒间缝隙有交变电场。变电场。3.粒子盘旋的周期不随半径改动。让电场方向变化的周粒子盘旋的周期不随半径改动。让电场方向变化的周期与粒子盘旋的周期一致，从而保证粒子一直被加速。期与粒子盘旋的周期一致，从而保证粒子一直被加速。2.电场使粒子加速电场加速电场使粒子加速电场加速过程中过程中,时间极短时间极短,可忽略，可忽略，磁场使粒子盘旋匀速圆周磁场使粒子盘旋匀速圆周运动。运动。U U BU U AABBA1A1B1B1+盘旋加速器的原理盘旋加速器的原理4.带电粒子的最

8、高能量与哪些要素有关？带电粒子的最高能量与哪些要素有关？, , ,可见：带电粒子一定的条件下，其获得的最大能量可见：带电粒子一定的条件下，其获得的最大能量 取决于：取决于：D D形盒的半径形盒的半径R R，磁感应强度，磁感应强度B.B.那么粒子获得的最大能量为：那么粒子获得的最大能量为：为为粒子运动的最大速度粒子运动的最大速度根据根据形盒的半径形盒的半径带电粒子做圆周运动的半径最大只能等于圆带电粒子做圆周运动的半径最大只能等于圆mvRqBmmqBRvm2222122mkmmq B REmvmkmE留意：加速电压小，多转几圈。电压大，少转几圈。5. 加速的次数加速的次数NkmENqU2TtN2

9、mTqB6. 1加速粒子在磁场中运动的时间加速粒子在磁场中运动的时间=mvta加 2加速粒子电场中运动的时间加速粒子电场中运动的时间t t加加留意：在加速电场中相当于在加速电场中相当于“匀加速直线运动匀加速直线运动知知D形盒的直径为形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强，匀强磁场的磁感应强度为度为B，交变电压的电压为，交变电压的电压为U，求：从出口射出时，粒子的速度求：从出口射出时，粒子的速度v=?2DqBmvmqBDv2知知D形盒的直径为形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为交变电压的电压为U，求求:(1)从出口射出时，粒子的动能从出口射出时，粒子的动

10、能Ek=? (2)要增大粒子的最大动能可采取哪些措施要增大粒子的最大动能可采取哪些措施?2DqBmv221mvEKmDBqEK8222思索：盘旋加速器能不能无限提高粒子的能量？思索：盘旋加速器能不能无限提高粒子的能量？答：据相对论实际知识，粒子速答：据相对论实际知识，粒子速度被加速到接近光速，质量明显度被加速到接近光速，质量明显加强，周期也添加，破坏了盘旋加强，周期也添加，破坏了盘旋加速器的同步条件。加速器的同步条件。2 mTqB 目前世界上最大的盘旋加速器在美国费目前世界上最大的盘旋加速器在美国费米加速实验室，环形管道的半径为米加速实验室，环形管道的半径为2 2公里。产公里。产生的高能粒子能

11、量为生的高能粒子能量为50005000亿电子伏特。亿电子伏特。北京正负电子对撞机改造后的直线加速器北京正负电子对撞机改造后的直线加速器 在磁场中做圆周运动在磁场中做圆周运动,周期不变。周期不变。 每一个周期加速两次。每一个周期加速两次。 电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期一样。一样。 电场一个周期中方向变化两次。电场一个周期中方向变化两次。 B不变时：某一个粒子能被加速的最大速度由不变时：某一个粒子能被加速的最大速度由盒的半径决议。盒的半径决议。 电场加速过程中电场加速过程中,时间极短时间极短,可忽略。可忽略。盘旋加速器盘旋加速器结论结论例例2:关于盘旋加速器中电场和磁场的作用的表达，关于盘旋加速器中电场和磁场的作用的表达，正确的选项是正确的选项是( )A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用、电场和磁场都对带电粒子起加速作用B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的C、只需电场能对带电粒子起加速作用、只需电场能对带电粒子起加速作用D、磁场的作用是使带电粒子在、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速形盒中做匀速圆周运动圆周运动CD例例1 1：在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，：在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子垂直于电场和磁场方向射入场中，射出一个带电粒子垂直于电