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6.3洛伦兹力的应用剖析
ks5u精品课件 1.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增加,qU=?Ek. 由动能定理得带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为: 小结: 回旋加速器利用两D形盒窄缝间的电场使带电粒子加速,利用D形盒内的磁场使带电粒子偏转,带电粒子所能获得的最终能量与B和R有关,与U无关. * * 6.3洛伦兹力的应用 洛伦兹力的概念:运动电荷在磁场中受到的作用力。 通电导线在磁场中所受到的安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。 洛伦兹力的方向由左手定则判定 1、正电荷的运动方向与电流方向相同,负电荷运动方向与电流方向相反。 2、洛伦兹力垂直于ν与Β所在的平面 洛伦兹力的大小 1.当电荷运动方向与磁场方向垂直(v⊥B)时,f=qvB. 2.当电荷的运动方向与磁场方向平行(v//B)时,电荷不受洛伦兹力. 洛伦兹力对运动电荷不做功 1、带电粒子在磁场中的运动 观察:运动电荷在磁场中的轨迹 学生观察: 1、当带电粒子运动方向与磁场方向相同时,做直线运动。 2、当带电粒子运动方向与磁场方向垂直时,做匀速圆周运动 3、当带电粒子运动方向与磁场方向成某一夹角时,做螺旋 运动。 2、带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动 v B 一带电粒子质量为m,电荷 量为q,速率为v,匀强磁场的磁感应强度为B,其中v与b垂直。 (1)带电粒子受到的洛伦兹力 (2)带电粒子做圆周运动的轨道半径 (3)带电粒子做圆周运动的周期 注:粒子的运动周期与轨道半径和运动速率无关 3、加速器 问题:在现代科技中为了探索原子核内部的构造,需要用高速带 电粒子充当微型”炮弹”轰击原子核,从而引起原子核内部的变化, 那么如何让带电的粒子获得巨大的能量(速度)? (2)回旋加速器 (1)直线加速器 2.直线加速器,多级加速 如图所示是多级加速装置的原理图: 二、加速器 (一)、直线加速器 3.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受到一定的限制. (二)、回旋加速器 1、带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之 间高频电场的变化周期,粒子每经过一个周期,被电场加速二次 2、将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起来是 一个初速度为零的匀加速直线运动 3、带电粒子每经电场加速一次,回旋半径就增大一次, 每次增加的动能为 所有各次半径之比为: 4、对于同一回旋加速器,其粒子的回旋的最大半径是相同的。 5、回旋加速器的出现,使人类在获得具有较高能量的粒子的方面前进了一 大步. V0 V1 V2 V3 V4 V5 例1:关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述,正确的是( ) A、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 C、只有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D形盒中做匀速圆周运动 CD 例题: 用电源频率是11.5MHz的回旋加速器对氦核加速,使氦的能量达到400MeV.这个回旋加速器的直径约多大?氦核(α粒子)带两个正元电荷(即2×1.6×10-19C),它的质量是6.64×10-27kg. (1eV=1.6×10-19J) 3.84m 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,高频电源的频率应符合 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? V0 V1 V2 V3 V4 V5 (三)、荷质比的测定、质谱仪 1.荷质比的概念: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 S2—S3:速度选择器 B:匀强磁场 D:照相底片 4.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) 质谱仪 1、质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具 2、基本原理 将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场,由于粒子动量不同,引起轨迹半径不同而分开,进而分析某元素中所含同位素的种类 3、推导 3.质谱仪 质谱仪是一种分析各化学元素的同位素并测量其 质量、含量的仪器.如图是质谱仪的原理示意图. S1、S2为两个狭缝,在S1、S2间 加上电压U。从离子源射出的
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