1.3 洛伦兹力的应用 课件 高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第二册（24张PPT）.pptxVIP

1.3洛伦兹力的应用

1、显像管

带电粒子在磁场中运动时，只要运动方向于磁场方向不平行，就会受洛伦兹力的作用，其运动方向就会不断变化。

利用电场控制对带电粒子的运动方向，称为电偏转。

如：示波器

利用磁场控制对带电粒子的运动方向，称为磁偏转。

如：电视机、监视器

显像管是一种电子射线管，由电子枪发出的电子，经电场加速形成电子束，在水平偏转线圈和竖直偏转线圈产生的不断变化的磁场作用下，运动方向发生偏转，从而实现扫描，在荧光屏上显示图像。

（1）要使电子打在A点，偏转磁场应该沿什么方向？

（2）要使电子打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？

（3）要使电子束打在荧光屏上的位置由中心B逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？

垂直纸面向外

垂直纸面向里

垂直纸面向里逐渐减小到零，再反向增大。

2、质谱仪

偏

转

：

质谱仪是分离和检测同位素的仪器

离子经过磁场偏转，做匀速圆周运动

又偏转距离x=2r

解得：

离子的比荷与偏转距离x的平方成反比。不同比荷的粒子会被分开。

利用质谱仪，还可以准确测出离子的质量。

例、如图所示，离子源产生的甲、乙两种离子由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动，自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直；已知甲种离子射入磁场的速度大小为v1，并在磁场边界的N点射出；乙种离子在MN的中点射出，MN长为L，不计重力影响和离子间的相互作用。求：

(1)磁场的磁感应强度大小；

(2)甲、乙两种离子的比荷之比；

速度选择器

如图所示，在两极板间有电场和磁场（复合场），不计重力，当电场力等于洛伦兹力时，带电粒子沿直线穿出极板。

1.只选择速度v（含大小、方向），不能选择质量m和电荷量q。

2.注意电场和磁场的方向搭配。

3、回旋加速器

为了探索原子核内部的结构，需要高速带电粒子充当微型“炮弹”轰击原子核，引起原子核内部的变化。

如何使带电粒子获得巨大的能量呢？

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．

受到电压的限制，粒子纸能获得较小的能量。

因此采用多级加速，1928年，第一台直线加速器于问世。

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。

1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器。

1、工作原理：在电场加速，在磁场偏转

2、要使粒子每次经过狭缝都得到加速，应该在两狭缝间加交变电压，且T电压=T圆周，粒子每经过一个周期，被电场加速二次。

若粒子每次经过狭缝，电场力都对粒子做正功，

v变大，所以r也变大；

而粒子做圆周运动的周期与粒子运动的v、r无关，所以随着v和r的增大，周期不变。

3、最终能量

最终能量与：磁场偏转最大半径、磁感应强度、比荷大小有关。

对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的。最外圈时速度最大。

4、回旋圈数

粒子加速的最大速度由盒的半径决定，与加速电压无关。

电压越大，回旋次数越少，粒子在Ｄ形盒内的时间就越少。

5、运动时间t

电场中的加速时间t1

磁场的偏转时间t2

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。

t1t2电场加速过程中,时间极短,可忽略。

例、回旋加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是 ()

A.粒子从电场中获得能量

B.粒子获得的最大速度与回旋加速器半径有关

C.粒子获得的最大速度与回旋加速器内的电场有关

D.回旋加速器中的电场和磁场交替对带电粒子做功

AB

用电源频率为f的回旋加速器对电荷量为q、质量为m的氦核加速，使氦核的能量达到Ek.这个回旋加速器的半径r为多大？

讨论：

回旋加速器获得的最大动能与哪些因素有关？

由动能定理：

由：

上述例题中氦核在第n次加速后进入Ｄ形盒的回旋半径第n+1次加速后进入另一Ｄ形盒的回旋半径之比是多少？

解：

解得：

得

电磁流量计：测量导电液体流量的一种仪器。当导电液体沿测量管运动时，液体中的正、负离子在洛伦兹力作用下偏转，左右管壁电极间出现电势差。

流量：单位时间内通过截面的液体体积(Q=Sv)

设圆形导管直径为d，磁感应强度为Ｂ，稳定后测得左右管壁电势差为Ｕ，试推导流量Ｑ与电势差Ｕ的关系式。

稳定时离子受电场力和洛伦兹力平衡：

液体的流量:

通过测量左右管壁电极间的电势差，即可间接确定管中导电液体的流量。

AC

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