5.洛伦兹力的应用.ppt

1、3.5洛伦兹力的应用,物理教科版选修3-1,教学目标,1.研究洛伦兹力的应用，理解带电粒子在磁场中运动问题的解决方法。2.了解显像管、质谱仪、回旋加速器、速度选择器工作原理。,1、圆周运动的半径,2、圆周运动的周期,复习回顾,带电粒子在磁场中运动情况研究,注意：用弧度表示,1、找圆心：,2、定半径：,3、确定运动时间：,1、找圆心：,O,O1,O,两半径交点必为圆心,半径与弦线中垂线的交点必为圆心,2、找半径：,速度偏向角,由几何关系有,几何关系,R,R,圆心角等于偏向角,向心力公式求半径,3、确定运动时间：,R,R,O,B,即时应用,如图，区域足够大的有界匀强磁场，带电粒子质量为m，电量为+

2、q，以速度v垂直磁场方向进入，v与边界夹角为，（1）作出粒子运动轨迹示意图；（2）如粒子进入穿出磁场时两点距离为L，求磁感应强度B的大小；（3）粒子在磁场中运动时间t=?,一、速度选择器,构造：正交匀强电场和匀强磁场的区域，带电粒子垂直电、磁场方向通过，不偏转。,只有v=E/q的粒子才能沿直线通过复合场区域，对粒子质量、电性无要求。,思考：粒子v=E/q的沿相反方向垂直射入，偏不偏？,二、质谱仪,原理：通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器.,加速电场,速度选择器,偏转磁场,qU,qvB,同位素,2加速带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得：mv2.3偏转带电粒

3、子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：.4质谱仪的应用可以测定带电粒子的质量和分析_,1、如图所示，不同质量和电荷量的正粒子束垂直射入正交的匀强电场和匀强磁场中，有些粒子保持原来的运动方向不变，这些粒子再垂直进入另一匀强磁场中，分成几束不计粒子重力，进入匀强磁场B2后沿不同轨迹运动的粒子（）A速度大小相等B速度大小不相等C电荷量与质量之比相等D电荷量与质量之比不相等,即时应用,AD,1、直线加速器,粒子在每个加速电场中的运动时间相等，因为交变电压的变化周期相同,三、加速器,2、回旋加速器,两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。,电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。,设

4、D形盒间交变电压为U，粒子质量为m，电量为q，则粒子每经过一次电场粒子加速，都有：,粒子最大动能,回旋加速器上所加的电压越大，粒子经过D形盒间隙时，电场力做功越多，同时粒子做圆周运动的半径增加越快，粒子在D形盒内圆周运动的圈数越少。,故：只需让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一致，就可以保证粒子经过电场时始终被加速。,粒子回旋的周期不随半径改变,粒子每转动半圈电场方向变化一次，则,在磁场中做圆周运动,周期不变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相同电场一个周期中方向变化两次粒子加速的最大速度由盒的半径决定电场加速过程中,时间极短,可忽略,回旋加速器小结,1.1930年劳伦

5、斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是()A离子由加速器的中心附近进入加速器B离子由加速器的边缘进入加速器C离子从磁场中获得能量D离子从电场中获得能量,即时应用,AD,2.关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是（）A、电场使粒子加速，磁场则使粒子回旋B、电场和磁场同时用来加速带电粒子C、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由加速电压决定D、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由磁感应强度B决定和加速电压决定,A,即时应用,四、霍尔效应,I=neSv=nedhv,U=IB/ned=kIB/d,k是霍尔系数,金属板板是高电势。,下,1.如图，虚线上方存在无穷大的磁场，一带正电的粒子质量m、电量q、若它以速度v沿与虚线成300、600、900、1200、1500、1800角分别射入，请你作出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。,有界磁场问题：,入射角300时,入射角1500时,粒子在磁场中做圆周运动的对称规律：从同一直线边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。,1、两个对称规律：,临界问题,例：长为L的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图所示，磁感强度为B，板间距离也为L，板不带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子（不计重力），从左边极板间