洛仑兹力与现代技术.ppt

1、带电粒子q的初速度v方向与磁场B平行，洛伦兹力的大小为多少？一、带电粒子在磁场中的运动：回顾：匀速圆周运动的特点、规律
思考：如果已知带电粒子的质量为m、速度为v，带电量为q，匀强磁场磁感强度为B，可以推导出粒子运动圆轨道半径r=？，运动周期T=？一、速度选择器的工作原理分析：电荷进入电场，受垂直向下的电场力作用而偏转，若使它不发生偏转，电荷受所加磁场的洛仑兹力方向一定与电场力方向相反，根据左手定则和洛仑兹力方向确定磁场方向：垂直纸面、背向读者，如图所示。说明：若我们在该装置前后各加一块挡板，让电量相同的不同速度的带电粒子从前边挡板中小孔射入，经过匀强电场和磁场，只有其运动速度刚好满足f洛=F电的粒子运动轨迹不发生偏转，从第二块挡板上小孔中射出。改变匀强电场或匀强磁场的大小，就可以得到不同速度的带电粒子。这个装置就叫做速度选择器（v=E/B）要点·疑点·考点速度选择器第六节洛沦兹力与现代技术A：电离室:S1—S2：加速电场
S2—S3：速度选择器
(1)速度选择部分：路径不发生偏转的离子的条件是Eq=Bqv，即v=E/B.能通过速度选择器的带电粒子必是速度为该值的粒子，与它带多少电和电性、质量均无关.
(2)质谱仪部分：经过速度选择器后的相同速率的不同离子在右侧的偏转磁场中做匀速圆周运动，不同荷质比的离子轨道半径不同.P位置为照相底片记录粒子的位置.（能求出x吗？x与哪些因素有关？）三、磁流体发电机(霍尔效应)
图所示的是磁流体发电机原理图，其原理是：等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到两极板上，在两极板上产生电势差.四、电磁流量计
电磁流量计原理可解释为：如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动.导电液体中的自由电荷(正负离子)在洛伦兹力作用下纵向偏转，a、b间出现电势差.当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定.
由Bqv=Eq=Uq/d,可得v=U/Bd.流量Q=Sv=dU/4B.
【说明】此类问题也可用电磁感应的相关知识进行处理.经速度选择器选中的速度相等，质量不等的粒子经偏转磁场后，由于半径不等而分开。磁流体发电机等离子体喷入磁场区域，磁场区域中有两块金属板A和B，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上、下偏转而聚集到A、B板产生电势差。如图：是用来测定导电液体在导管中流动时流量的仪器，设导管直径为d，用非磁性材料制成，磁感应强度为B，a、b间测出电势差为U

霍耳效应：又（n为单位体积自由电荷数）五、加速器
回旋加速器的主要特征.
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，与带电粒子的速度无关；②将带电粒子在两盒狭缝之间的运动首尾连起来是一个初速为0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，所有经过半径之比为1∶∶∶……(这可由学生自己证明)，对于同一回旋加速器，其粒子回旋的最大半径是相同的，解题时务必引起注意.回旋加速器的主要构造
第六节洛沦兹力与现代技术六、直线加速器的主要特征.
如图所示，直线加速器是使粒子在一条直线装置上被加速.

【例1】何为速度选择器，其工作原理如何，并列举几个物理模型与速度选择器相似的应用实例。3、如图所示的是速度选择器示意图，若要正常工作，则以下论述正确的是[]
A）P1的电势必须高于P2的电势
B）磁感应强度B、电场强度E和被选择的粒子速率v应满足v=BE
C）从S2出来的只能是正电荷，不能是负电荷
D）若把磁场和电场的方向都改变为原来的相反方向，速度选择器同样正常工作
案例1：已知氢核与氦核的质量之比m1∶m2=1∶4，电量之比q1∶q1=1∶2。
（1）当氢核与氦核以相同的速度，垂直于磁场方向射入磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核半径之比r1∶r2=______，周期之比T1∶T2=______。
（2）若它们以相同的动能射入磁场后，其半径之比r1∶r2=______，周期之比T1∶T2=______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，可采取的办法是：
A.增大粒子射入时的速度
B.减小磁场的磁感应强度
C.增大电场的电场强度
D.改变粒子的带电性质【例2】在图中所示的质谱仪中，速度选择器部分的匀强电场场强E=1.2×105V/m，匀强磁场的磁感应强度为B=0.6T.偏转分离器的磁感应强度为B′=0.8T.求：(1)能通过速度选择器的粒子速度多大?(2)质子和氘核进入偏转分离器后打在照相底片上的距离d为多少?(质子质量为m)【解析】粒子通过速度选择器时，所受电场力和磁场力方向相反、大小相等，粒子可匀速穿过速