3.5洛伦兹力的应用.ppt

3.5洛伦兹力的应用利用电场力可以控制带电粒子的运动，同样运用磁场对带电粒子的洛伦兹也可以控制带电粒子的运动，现在我们来学习利用这两种力来控制带电粒子的运动情况。问题概述几个应用实例分析1.电视机显像管【例题1】电视机的显象管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的．在电子枪中产生的电子经过加速电场加速后射出，从P点进入并通过圆形区域后，打到荧光屏上，如图所示．如果圆形区域中不加磁场，电子一直打到荧光屏上的中心O点的动能为E；在圆形区域内加垂直于圆面、磁感应强度为B的匀强磁场后，电子将打到荧光屏的上端N点．已知ON=h，PO=L．电子的电荷量为e，质量为m．求：

（1）电子打到荧光屏上的N点时的动能是多少？说明理由．

（2）电子在磁场中做圆周运动的半径R是多少？

（3）试推导圆形区域的半径r与R及h、L的关系式．比对模型：圆形边界磁场！2.质谱仪同位素比值质谱仪应用主要分为两个方面：①各种物质同位素δ值存在着天然的差异。②稳定同位素示踪方法。例如：鉴别海洛因来源；生态系统中污染物的监测与环境保护；食品质量控制方面的应用；可以应用于考古，由于有机残余物的δ13C可追溯古代文明的食品状况。【例题2】一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。（1）求粒子进入磁场时的速率。（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。丹普斯特质谱仪2.质谱仪质谱仪基本原理图班布瑞基质谱仪结构组成：加速电场速度选择器偏转磁场【例题3】如图所示为质谱仪的原理图，A为粒子加速器，电压为U1；B为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，板间距离为d；C为偏转分离器，磁感应强度为B2．今有一质量为m、电量为q的正离子经加速后，恰好通过速度选择器，进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动，求：

（1）粒子的速度v

（2）速度选择器的电压U2

（3）粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R．【例题4】如图是一个质谱仪原理图，加速电场的电压为U，速度选择器中的电场为E，磁场为B1，偏转磁场为B2，一电荷量为q的粒子在加速电场中加速后进入速度选择器，刚好能从速度选择器进入偏转磁场做圆周运动，测得直径为d，求粒子的质量。（粒子在加速电场的初速度为零。）3.回旋加速器问题:为什么要制造加速器?在现代物理学中,为了探索原子核的结构和得到各种元素的同位素,研究人员需要大量的高能粒子去轰击原子核,由此研究制造出能在实验室里产生大量高能粒子的加速器.问题:怎样对带电粒子进行加速?利用电场？还是磁场？一.普通加速器+U+带电粒子通过普通加速器能获得的能量EK一般只能达到几十万到几百万电子伏(ev).缺点：速度和能量较低。获得的能量:U~1234靶++二.直线加速器由于两极间的电压不可能无线提高，所以常采用多级加速的方法。A思考:带电粒子穿越第n个圆筒时的动能为多大?Ek=q(U1+U2+U3…..Un)缺点：占用空间较大。已建成的直线加速器有几千米到几十千米长。斯坦福直线加速中心斯坦福直线加速器中心成立于1962年，其中正在从事实验的科学家有300人，主要从事高能粒子物理、宇宙线和天体物理、同步辐射及其应用研究、加速器新技术的研究等。1962年斯坦福直线加速器中心成立后，开始建造2英里长的直线加速器和实验区。1966年投入运行,物理实验开始。该中心的科学家们用加速器产生的电子来探索质子和中子的结构，发现了质子中称为“夸克”的新的更小的粒子。为此，物理学家JeromeFriedman,HenryKendall和RichardTaylor荣获1990年诺贝尔物理奖。斯坦福直线加速器中心北京正负电子对撞机（BEPC：~2.4亿元，BEPCII：~6.4亿元）BeijingElectronPositionCollider1.构造：回旋加速器主要由D形盒、强电磁铁、交变电源、粒子源、引出装置等组成.三.回旋加速器U~B2.回旋加速器的原理+-+-~用磁场圆周回旋、用电场进行加速问题1：从画出的轨迹看，是一条半径越来越大的许多半圆连成的曲线，这是什么缘故?问题2：为使带电粒子不断得到加速，提供加速电压的电源的频率应符合怎样的要求?问题3：带电粒子的最大速度（最大动能）与哪些因素有关?问题4：带电粒子加速的次