洛伦兹力的实际应用课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,洛伦兹力的实际应用,洛伦兹力的实际应用,知识回顾,示波管依靠,电场,使电子束偏转,知识回顾示波管依靠电场使电子束偏转,显像管中有一个阴极，工作时它能发射电子，荧光屏被电子束撞击就能发光，可是，很细的一束电子打在荧光屏上只能使一个点发光，而实际上要使整个屏幕发光，就得,利用,磁场,使电子束偏转,洛仑兹力的应用,1,、,电视显像管的工作原理,显像管中有一个阴极，工作时它能发射电子，荧光屏被电子,O,A,B,1,、如果要使电子束打在荧光屏上的,A,点，偏转磁场应该沿什么方向？,垂直纸面向外,2,、如果要使电子束打在荧光屏上的,B,点，偏转磁场应该沿什么方向？,垂直纸面向里,3,、如果要使电子束由,B,向,A,点移动，偏转磁场应该怎样变化？,先垂直纸面向里由最大逐渐减小到零（,BO,），然后变为垂直纸面向外逐渐增大,(,O,A,),。,洛仑兹力的应用,1,、,电视显像管的工作原理,OAB1、如果要使电子束打在荧光屏上的A点，偏转磁场应该沿什,电子束在荧光屏上,扫描,一行之后，迅速返回（虚线），再做下一次扫描，直到荧光屏的下端。,电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫做一,场,，电视面每秒要进行,50,场扫描，所以我们感到整个荧光屏都在发光。,洛仑兹力的应用,1,、,电视显像管的工作原理,电子束在荧光屏上扫描一行之后，迅速返回（虚线），再做,显像管颈部的偏转线圈,洛仑兹力的应用,1,、,电视显像管的工作原理,使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的，这样的线圈叫偏转线圈。为了与显像管的管颈贴在一起，偏转线圈常做成马蹄形。,显像管颈部的偏转线圈洛仑兹力的应用1、电视显像管的工作原理,洛仑兹力的应用,2,、速度选择器,如图所示，在平行板电容器间加有正交的匀强电场和匀强磁场，运动电荷垂直于电场及磁场射入运动的电荷受到的电场力和洛仑兹力作用。,v,0,F=Eq,f=Bqv,粒子向上偏转,粒子向下偏转,粒子做匀速直线运动,故速率,v=E/B,的粒子，即使电性不同，荷质比不同，也可沿直线穿出右侧小孔而其它速率的粒子或者上偏，或者下偏，无法穿出右孔，从而该装置可达到,选速,及,控速,的目的,洛仑兹力的应用2、速度选择器 如图所示，在平行板电容器,例,10,带有等量异种电荷的平行金属板,a,、,b,间存在沿纸面向下的匀强电场，电场强度为,E,，两板间还有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为,B,，如图所示在此正交电磁场的左侧有电量、质量、速度都不相等的各种正、负离子沿平行板方向垂直飞入正交电磁场区，下列说法中正确的是,A,只有速度,V=E/B,的各种离子能沿直线穿过正交电磁场区,B,入射速度,v,E/B,的离子经过正交电磁场区后，速度都减小,C,入射速度,v,E/B,的正离子经过正交电磁场区后，向,b,板偏转；入射速度,v,E/B,的负离子经过正交电磁场区后，向,a,板偏转,D,速度大小等于,E/B,的电子从,a,、,b,两板的右侧垂直飞入正交电磁场区时，也能直线穿过正交电磁场区,例10带有等量异种电荷的平行金属板a、,例,11,、,如图，两平行的金属板中间有正交的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子从垂直于电场和磁场的方向射入两板间（不计重力），并要求水平穿出电磁场区，射进时带电粒子的动能减少了若要使带电粒子的动能增加，以下方法可行的是,A,使粒子带电性质与原来相反,B,使粒子的带电量增加,C,增大两金属板间的电势差,D,增大两板间磁场的磁感强度,例11、如图，两平行的金属板中间有正交的匀强电场和匀,洛仑兹力的应用,3,、磁流体发电机,磁流体发电机是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能，如图是它的示意图，平行金属板,A,、,B,间有一个很强的磁场，将一束等离子体（,高温下电离的气体，含有大量的带正电荷和负电荷的微粒，总体是电中性的,）喷入磁场，,A,、,B,两板间便产生电压。如果把,A,、,B,和用电器连接，,A,、,B,就是一个直流电源的两个电极。,等离子体通过管道时，在洛伦兹力作用下，正离子向下偏，负离子向上偏，分别聚集在,B,、,A,两板上，由此在,B,、,A,两板间产生电压。,如果把,A,、,B,和用电器连接，,A,、,B,就是一个直流电源的两个电极。,洛仑兹力的应用3、磁流体发电机 磁流体发电机是一项新兴,例,12,、,如图是磁流体发电机的示意图，平行金属板,A,、,B,间有一个很强的磁场，将一束等离子体（,高温下电离的气体，含有大量的带正电荷和负电荷的微粒，总体是电中性的,）喷入磁场，,A,、,B,两板间便产生电压。如果把,A,、,B,和用电器连接，,A,、,B,就是一个直流电源的两个电极。（,1,）图中,A,、,B,板哪个是发电机的正极？（,2,）若,A,、,B,板间距离为,d,，磁感应强度为,B,，等离子体速度为,V,，则该发电机的电动势为多大？,答案,：,B,板为正极；电动势为,(1),左手定则判定,B,板为正极。,（,2,）在洛伦兹力作用下，正负电荷会分别在,B,、,A,两板上聚集，与此同时，,A,、,B,板间会因电荷的积聚而产生由,B,到,A,的电场，这一电场对带电粒子的静电力与其所受洛伦兹力方向相反。如果外电路断开，当,qE=qvB,成立时，,A,、,B,两板间电压最大值就等于此发电机电动势，即,U=Ed=dvB.,所以此发电机电动势为,dvB.,例12、如图是磁流体发电机的示意图，平行金属板A、B,质谱仪是一种分析,同位素,、测定带电粒子,比荷,及测定带电粒子,质量,的重要工具。,二、质谱仪,质谱仪是一种分析同位素、测定带电粒子比荷及测定带电粒,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,+,-,速度选择器,照相底片,质谱仪的示意图,二、质谱仪,利用电场加速,利用磁场偏转,-,粒子源,2R,加速电压为,U,-,.,例,4,、,如图所示，,a,、,b,、,c,、,d,为四个正离子，电量相等，速度大小关系为,v,a,v,b,=v,c,v,d,，质量关系为,m,a,=m,b,m,c,=m,d,，同时沿图示方向进入粒子速度选择器后，一粒子射向,P,1,板，一粒子射向,P,2,板，其余两粒子通过速度选择器后，进入另一磁场，分别打在,A,1,和,A,2,两点。则射到,P,1,板的是,_,粒子，射到,P,2,板的是,_,粒子，打在,A,1,点的是,_,粒子，打在,A,2,点的是,_,粒子。,a,d,c,b,qvB,qE,粒子偏向,P,2,粒子偏向,P,1,粒子竖直匀速直线,例4、如图所示，a、b、c、d为四个正离子，电量相等，,例,5,、,如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为,B,和,E,。平板,S,上有可让粒子通过的狭缝,P,和记录粒子位置的胶片,A,1,A,2,。平板,S,下方有强度为,B,0,的匀强磁场。下列表述正确的是,A,质谱仪是分析同位素的重要工具,B,速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外,C,能通过的狭缝,P,的带电粒子的速率等于,E/B,D,粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝,P,，粒子的荷质比越小,例5、如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场,例,6,、,如图所示，一质量为,m,，电荷量为,q,的粒子从容器,A,下方小孔,S,1,飘入电势差为,U=800V,的加速电场，然后经过,S,3,沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为,B=0.40T,的匀强磁场中，最后打到底片,D,上,.,测得粒子在磁场中运动的轨道半径为,r=5cm,。求带电粒子的比荷是多少？,答案：,例6、如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下,三、回旋加速器,要认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”。然而，原子核被强大的核力约束，只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开”。产生高能“炮弹”的“工厂”就是各种各样的粒子加速器。,三、回旋加速器 要认识原子核内部的情况，必须把核“打开,三、回旋加速器,1.,加速原理：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=,E,k,2.,直线加速器，多级加速,如图所示是多级加速装置的原理图：,（一）直线加速器,3.,困难：技术上不能产生过高电压；加速设备长。,三、回旋加速器1.加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带,三、回旋加速器,（一）直线加速器,（二）回旋加速器,解决上述困难的一个途径是把加速电场“,卷起来,”，用,磁场,控制,轨迹,，用,电场,进行,加速,。,回旋加速器的核心部分是,形金属盒，两,形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源,(,如质子、氘核或 粒子源等,),。在两,形盒间接上交流电源，于是在缝隙里形成一个交变电场。,形盒装在一个大的真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，磁场的方向垂直于,形盒的底面。,三、回旋加速器（一）直线加速器（二）回旋加速器 解决上,三、回旋加速器,原理：,电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。,离盒时粒子的最大动能：,与加速电压无关，由,D,形盒,半径决定。,回旋周期：,，与半径、速度的大小无关。,交变电场,周期等于粒子做,匀速圆周运动,周期。粒子每转一周期，交变电场方向改变,两次,。,三、回旋加速器原理：电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。离盒时粒,例,7,、,关于回旋加速器，下列说法正确的是,A,电场和磁场都是用来加速粒子的,B,电场用来加速粒子，磁场仅使粒子做圆周运动,C,粒子经加速后具有的最大动能与加速电压值有关,D,为了使粒子不断获得加速，粒子圆周运动的周期等于交流电的半周期,例7、关于回旋加速器，下列说法正确的是,例,9,、,有一回旋加速器，他的交变电压的频率为 ，半圆形电极的半径为,0.532m,。问加速氘核所需的磁感应强度为多大？氘核所能达到的最大动能为多大？其最大速率有多大？（已知氘核的质量为 电荷量为 ）,.,解,：,例9、有一回旋加速器，他的交变电压的频率为,四、霍尔效应,1879,年霍耳发现，把一载流导体放在磁场中，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流二者垂直的方向上出现横向电势差，这一现象称之为霍耳现象。,四、霍尔效应 1879年霍耳发现，把一载流导体放在磁场,四、霍尔效应,如图，导电板高度为,b,厚度为,d,放在垂直于它的磁场,B,中。当有电流,I,通过它时，由于磁场使导体内移动的电荷发生偏转，结果在,A,、,A,两侧分别聚集了正、负电荷，在导电板的,A,、,A,两侧会产生一个电势差,U,。,设导电板内运动电荷的平均定向速率为,u,，它们在磁场中受到的洛仑兹力为：,当导电板的,A,、,A,两侧产生电势差后，运动电荷会受到电场力：,导电板内电流的微观表达式为：,由以上各式解得：,其中 叫,霍尔系数,四、霍尔效应 如图，导电板高度为b厚度为 d放在垂直于,例,10,、,霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力。当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流,I,是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为,v,，电量为,e,。回答下列问题：,（,1,）达到稳定状态时，导体板上侧面,A,的电势,_,下侧面的电势（填高于、低于或等于）。,（,2,）电子所受洛仑兹力的大小为,_,。,（,3,）当导体板上下两侧之间的电势差为,U,时，电子所受静电力的大小为,_,。,（,4,）由静电力和洛仑兹力平衡的条件，证明霍尔系数,K=,，其中,n,代表导体板单位体积中电子的个数。,高于,BeV,Ue/h,例10、霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运