洛伦兹力量与现代技术.doc

第六节 洛伦兹力与现代技术 基础知识 1．带电粒子在磁场中的运动 电子的质量很小。我们往往忽略重力对电子的影响．当电子所处的空间无电场和磁场时．电子_________，当电子运动速度方向与磁场垂直时，电子做________． 当带电粒子在磁场中仅受洛沦兹力作用时．由于洛伦兹力始终与__________垂直．故带电粒子做_________。已知电荷量为q的带电粒子，以速度大小为v垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中。则该粒子做_________，其运动轨道半径为：R=________;周期为：T=________． 2.质谱仪 同位素是____________的原子．同位素的化学性质相同，不能用化学方法加以区分．但我们可以用物理方法来研究，例如用质谱仪来研究同位素．质谱仪是由_________的学生 发明的．他用质谱仪首先得到了_______和_______ 的质谱线。证实了同位素的存在。阿斯顿因发明质谱和发现非放射性元素的同位素等贡献而获得了__________年度__________奖。 3.回旋加速器 加速器是使带电粒子获得高能量的装置．__________年美国加利福尼亚州伯克利加州大学的_________制成了世界上第一台回旋加速器．其真空室的直径只有10.2cm，此后不断改进又制成了实用的回旋加速器．他因为发明和发展了回旋加速器获得了________年度____________奖． 典型例题 例1如图3-6-5所示是磁流体发电机原理图，等离子以速度v从左向右喷射．两极板间宽度为d，有如图方向的匀强磁场B，该发电机哪个极板为正极?两极板间的最大电压为多少? 例2磁流体发电是一种新型发电方式．图3-6-6和图3-6-7是其工作原理示意图，图3-6-6中的长方体是发电导管．其中空部分的长、高、宽分别为为、a、b，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极，这两个电极与负载电阻RL相连，整个发电导管处于图3-6-7中磁场线圈产生的匀强磁场里．磁感应强度为B，方向如图所示．发电导管内有电阻率为的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管导出．由于运动的电离气体受到磁场作用产生了电动势，发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同．设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时，电离气体流速为v0，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差p维持恒定．求： (1)不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大； (2)磁流体发电机的电动势E的大小； (3)磁流体发电机发电导管的输入功率P． 例3一个质量为m、电荷量为q的带电粒子从x轴上的P(a,0)点以速度v沿与x正方向成60°角的方向射入第I象限内的匀强磁场中．并恰好垂直于y轴射出第I象限（如图3-6-8)，求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的坐标． 例4如图3-6-11所示，在垂直于xOy的坐标平面方向上有足够大的匀强磁场区域．其磁感应强度为B=lT，方向垂直纸面向里，一质量m=3×10-16kg、电荷量q=1×l0-8C的带正电质点(其重力忽略不计)，以v=4×106m/s的速率通过坐标原点O，而后历时4×l0-8s 例5如图3-6-12所示，在回旋加速器的D形盒I的O点处有一离子源，该离子源产生的离子，经两个D形缝隙间的电场加速后，进入D形盒Ⅱ．试求在D形盒Ⅱ中相邻两个圆形轨道的半径之比． 例6某回旋加速器D形盒内匀强磁场的磁感应强度为B，两盒间隙很小，其间加有电压U，今将粒子从靠近间隙中心的某点向D形盒内以略大于零的初速度垂直于半径的方向射入，D形盒的半径为R．求粒子在加速器内运行的时间． 基础练习 1.长为L的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场，如图3-6-14所示，磁感应强度为B，板间距离为L，板不带电．现在质量m、电荷量为q的正电粒子(不计重力）。在左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上．可采用的方法是( ) A．使粒子的速度v B．使粒子的速度v C．使粒子的速度v D．使粒子的速度v 2.如图3-6-15所示，AC是一铅块的截面．曲线MNOP是某带电粒子的运动轨迹，匀强磁场与粒子的速度方向垂直，已知粒子在运动中电荷量不变．则以下说法正确的是( ) A．粒子带正电，从O穿透AC到N B．粒子带正电，从N穿透AC到O C．粒子带负电，从N穿透AC到O D．粒子带负电，从O穿透AC到N 3在匀强磁场中一个带电粒子做匀速圆周运动。如果又顺利进入另外一个磁感应强度是原磁感应强度的2倍的匀强磁场，则( ) A．粒子的速率加倍，周期减半