第六节洛伦兹力与现代技术(2).ppt

1-75 第六节 洛伦兹力与现代技术 带电粒子在复合场中的直线运动 1、复合场： 2、带电粒子在复合场中的直线运动条件： F合=0 重力场、电场、磁场中任意两个以上的场 做匀速直线运动 做加速（或减速） 直线运动 F合与V在同一直线上 3、判断是否受力 带电物体在磁场中不一定受洛仑兹力的作用 ①带电微粒一般不考虑重力（如电子、质 子、中子、α粒子等） ②带电尘埃、小球、油滴等要考虑重力 带电物体在电场中一定受电场力作用 受力条件：B≠0，V ≠ 0，且V与B不平行 重力场： 电场： 磁场： 题1、质量为m，带电量为q 的带电小球，以速率v垂直进入如图所示的匀强磁场中，恰好做匀速直线运动．求：带电小球的电性及磁场的磁感应强度的大小？ 重力场+磁场 解：物体所受重力的方向竖直向下，物体做匀速直线运动，洛伦兹力的方向一定竖直向上，物体带正电： G f + 速度选择器 + 离子源 f V F电 解:粒子做匀速直线运动,F合=0, qvB=qE, 1. 若该粒子的电量变了,以这样的速度能否沿直线穿过？ 2.负电荷以这样的速度能否沿直线穿过？ f F电 (2)速度多大的粒子才能沿直线穿过场区? 如图, 两板间存在相互正交的匀强电场E与匀强磁场B，从粒子源出来的带正电的粒子速度水平向右,重力不计，(1)这个粒子进入复合场受到那些力？ + + + + - - - - 离子源 V E B - - - - + + + + E B （电场+磁场) 应用一、 qU= mv2 2 qE=qvB 质谱仪 质谱仪是一种分析同位素和测定带电粒子质量的重要工具 · · · · · · · · · · · · · · · U q S S1 x P B 题2、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 qU= mv2 2 应用二：加速器 + + + + U 问题1：用什么方法可以加速带电微粒？ 答：利用加速电场可以加速带电粒子 qU= mv2 2 问题2：要使一个带正电微粒获得更大的速度（能量）？ 答：采用多个电场，使带电粒子实现多级加速。 直线加速器占地太大，能不能让它小一点? 加利佛尼亚斯坦福大学的粒子加速器 1932年，美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步．为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖． 回旋加速器 一、回旋加速器的核心部件： ① 两个D形盒及两个大磁极 ② D形盒间的窄缝 ③ 高频交流电压 二、回旋加速器的原理 1、磁场的作用： 2、电场的作用： 3、交变电压的作用： 偏转回旋 加速 保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速。 回旋加速器原理图 N S B O ~ N 问题1：磁场为B，粒子电量为q,被加速后，运动速率和运动半径都会增加， 无关 与 不变 T \ 求：1.它的运动周期T 2.交变电压的频率 粒子在加速器中运动的周期、频率与交变电压的周期、频率相同 问题2：回旋加速器的直径为D，磁感应强度为B，交变电压的电压为U，粒子电量q 求：（1）加速到最后粒子的最大总动能Ek？ （2）增大粒子最大总动能可采取哪些措施？ （3）粒子在电场中被加速的次数n？ D V=？ U B 最大总动能 加速次数