洛伦兹力的应用(使用).ppt

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(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) 问题 A2 A1 A3 A4 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. _ + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - 燃烧室 发电通道 燃料和氧化剂 磁流体发电机 等离子体 _ + 绝缘材料 V + + + + + + - - - - - - 电磁流流量计 绝缘材料 + + + + + + - - - - - - a b c V 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。 绝缘材料 + + + + + + - - - - - - a b c _ + 霍尔效应 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 E B 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:①液滴带什么电?电场强度E和磁感应强度B各多大? ②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_____。 B E 负电,

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