物理：6.3《洛伦兹力的应用》课件(鲁科版选修3-1).ppt

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． * * 一、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 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 V0 V1 V2 V3 V4 V5 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，了解其它类型的加速器： 直线加速器、同步加速器、电子感应加速器、串列加速器、电子对撞机等 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 · · · · · · · · · · · · · · · U q S S1 x P B 例2：质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断( ) A、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大 B、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小 C、只要x相同，则离子质量一定相同 D、只要x相同，则离子的荷质比一定相同 AD 1 2 1 2 例3：串列加速器是用来产生高能离子的装置。图中虚线框内为其主体的原理示意图，其中加速管的中部b处有很高的正电势U，a、c两端均有电极接地（电势为零）。现将速度很低的负一价碳离子从a端输入，当离子到达ｂ处时，可被设在ｂ处的特殊装置将其电子剥离，成为n价正离子，而不改变其速度大小。这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂直的、磁感应强度为B的匀强磁场中，在磁场中做半径为R的圆周运动。已知碳离子的质量为m=2.0×10-26kg，U=7.5×105V，B=0.50T，n=2，基元电荷e=1.6×10-19C，求R。 =0.75m ] a b c 加速管 加速管 a b C 加速管 加速管 1 2 1 2 解：设碳离子到达b处时的速度为v1， 从c端射出时的速度为v2，由能量关系得： mv12/2=eU， mv22/2= mv12/2+neU， 进入磁场后，碳离子做圆周运动， R=mv2/Bne，得 =0.75m ] a b c 加速管 加速管 a b C 加速管 加速管 三.速度选择器 在电、磁场中，若不计重力，则： 1.速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关； 2.注意电场和磁场的方向搭配。 速度选择器： （1）任何一个正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。 （2）带电粒子必须以唯一确定的速度 （包括大小、方向）才能匀速（或者说 沿直线）通过速度选择器。否则将发生 偏转。即有确定的入口和出口。 （3）这个结论与粒子带何种电荷、电荷多少都无关。 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － ― ― ― v 若速度小于这一速度，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，粒子的轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂曲线；若大于这一速度，将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，轨迹是一条复杂曲线。 练习: 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，射出时粒子的动能减少了，为了使粒子射出时动能增加，在不计重力的情况下，可采取