资源描述
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,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,洛伦兹力旳应用,第1页,(,一,),复习引入：,1,、磁场对运动电荷作用力,叫做,洛仑兹力,.,2,、,洛伦兹力与安培力关系：,安培力是洛伦兹力宏观体现。,洛伦兹力是安培力微观本质。,第2页,F=qVB (VB,）,F=0 (VB,）,当,V,与,B,成一角度,时，,F=qVBsin,4,大小,:,B,F,v,3,方向：左手定则,第3页,（二）新课教学,假如带电粒子射入匀强磁场时，初速度跟磁场方向垂直（如图所示），粒子在洛仑兹力作用下将做什么运动？,带电粒子在磁场中运动状况推测：,垂直射入匀强磁场中运动电荷受到洛伦兹力不仅与磁感应强度方向垂直，并且跟速度方向垂直这就表明，洛伦兹力不对粒子做功，它不变化粒子速率，只变化速度方向由此推测：运动电荷垂直射入磁场后，在磁场中也许做匀速圆周运动,第4页,2,试验探究,:,洛伦兹力演示仪,工作原理：由电子枪发出电子射线可以使管,低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子径迹。,两个平行通电环形线圈可产生沿轴线方向匀强磁场,第5页,带电粒子在磁场中运动,观测：运动电荷在磁场中轨迹,2,试验探究,洛仑兹力演示仪,第6页,带电粒子在磁场中运动,观测：运动电荷在磁场中轨迹,学生观测：,1、没有加磁场时或当带电粒子运动方向与磁场方向相似时，做直线运动。,2、当带电粒子运动方向与磁场方向垂直时，做匀速圆周运动,3、当带电粒子运动方向与磁场方向成某一夹角时，做螺旋,运动。,2,试验探究,洛仑兹力演示仪,第7页,v,B,第8页,3,、带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,v,B,一带电粒子质量为,m,，电荷 量为,q,，,速率为,v,，匀强磁场磁感应强度,为,B,，其中,v,与,B,垂直。,（,1,）带电粒子受到洛伦兹力,（,2,）带电粒子做圆周运动轨道半径,（,3,）带电粒子做圆周运动周期,周期,T,大小与带电粒子在磁场中运动速率和半径无关。,第9页,例 如图 362 所示，匀强磁场磁感应强度为 B,0.2 T，方向垂直纸面向里在磁场中 P 点引入一种质量为 m,=,2.010,8,kg,、带电荷量为,q,510,6,C,正粒子，以,v,10 m/s速度垂直于磁场方向开始运动，运动方向如图所示，,不计粒子重力，磁场范围足够大,(1)请在图上大体画出粒子做匀速圆周运动轨迹,(2)粒子做匀速圆周运动半径和周期为多大？,图,3,6,2,图,3,6,3,第10页,解：,(1),由左手定则可知，正粒子在匀强磁场中应向,P,点上,方偏，轨迹如图,3,6,3.,(2),由,r,m,v,qB,得,r,0.2,m,2,m,qB,由,T,得,T,0.126 s.,第11页,C,A,带负电，,B,带正电，,q,A,【触类旁通】,1两个质量相等带电粒子在同一匀速磁场中运动，磁场,方向垂直纸面向外，如图 364 所示，若半径 RARB12，,速度,v,A,v,B,，则,(,),A,A,带正电，,B,带负电，,q,A,q,B,2,B,A,带正电，,B,带负电，,q,A,2,q,B,q,B,2,D,A,带负电，,B,带正电，,q,A,2,q,B,图,3,6,4,第12页,带负电；由,R,解析：,粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，洛伦兹力提,供向心力，一定指向圆心，由左手定则可判断，,A,带正电，,B,m,v,qB,，,m,A,m,B,，,v,A,v,B,，可得,q,A,q,B,R,B,R,A,21，即 qA2qB，B 对旳,答案：,B,第13页,一,、,质谱仪,1、质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素重要工具,2,、基本原理,将质量不等、电荷数相等带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场，由于粒子动量不一样样，引起轨迹半径不一样样而分开，进而分析某元素中所含同位素种类,3,、,推导,第14页,1加速原理：运用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子动能增长，qU=Ek,2直线加速器，多级加速,如图所示是多级加速装置原理图：,二、加速器,（一）、直线加速器,第15页,由动能定理得带电粒子经n极电场加速后增长动能为：,3,直线加速器占有空间范围大，在有限空间范围内制造直线加速器受到一定限制,第16页,（二）、回旋加速器,V,0,V,1,V,2,V,3,V,4,V,5,1、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变化周期，粒子每通过一种周期，被电场加速二次,2、将带电粒子在狭缝之间运动首尾连接起来是一种初速度为零匀加速直线运动,3、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，每次增长动能为,所有各次半径之比为：,4、对于同一回旋加速器，其粒子回旋最大半径是相似。,5、回旋加速器出现，使人类在获得具有较高能量粒子方面前进了一 大步，理解其他类型加速器：,直线加速器、同步加速器、电子感应加速器、串列加速器、电子对撞机等,第17页,小结：,回旋加速器运用两D形盒窄缝间电场使带电粒子加速，运用D形盒内磁场使带电粒子偏转，带电粒子所能获得最终能量与B和R有关，与U无关,第18页,例1：有关回旋加速器中电场和磁场作用论述，对旳是(),A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用,B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功,C、只有电场能对带电粒子起加速作用,D、磁场作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动,CD,第19页,U,q,S,S,1,x,P,B,例2：质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素重要工具，它构造原理如图，离子源S产生多种不一样样正离子束(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，抵达记录它摄影底片P上，设离子在P上位置到入口处S1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相似，则离子质量一定相似,D、只要x相似，则离子荷质比一定相似,AD,第20页,1,2,1,2,例3：串列加速器是用来产生高能离子装置。图中虚线框内为其主体原理示意图，其中加速管中部b处有很高正电势U，a、c两端均有电极接地（电势为零）。现将速度很低负一价碳离子从a端输入，当离子抵达处时，可被设在处特殊装置将其电子剥离，成为n价正离子，而不变化其速度大小。这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂直、磁感应强度为B匀强磁场中，在磁场中做半径为R圆周运动。已知碳离子质量为m=2.010-26kg，U=7.5105V，B=0.50T，n=2，基元电荷e=1.610-19C，求R。,=0.75m,a,b,c,加速管,加速管,a,b,C,加速管,加速管,第21页,1,2,1,2,解：设碳离子抵达,b,处时速度为,v,1,，,从,c,端射出时速度为,v,2,，由能量关系得：,mv,1,2,/2=,eU,，,mv,2,2,/2,=,mv,1,2,/2,+,neU,，进入磁场后，碳离子做圆周运动，,R,=,mv,2,/,Bne,，得,=0.75m,a,b,c,加速管,加速管,a,b,C,加速管,加速管,第22页,三,.,速度选择器,在电、磁场中，若不计重力，则：,1.,速度选择器只选择速度，与电荷正负无关；,2.,注意电场和磁场方向搭配。,第23页,速度选择器：,（1）任何一种正交匀强磁场和匀强电场构成速度选择器。,（2）带电粒子必须以唯一确定速度,（包括大小、方向）才能匀速（或者说,沿直线）通过速度选择器。否则将发生,偏转。即有确定入口和出口。,（3）这个结论与粒子带何种电荷、电荷多少都无关。,v,若速度不不小于这一速度，电场力将不小于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大，粒子轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂曲线；若不小于这一速度，将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。,第24页,练习:在两平行金属板间有正交匀强电场和匀强磁场，一种带电粒子垂直于电场和磁场方向射入场中，射出时粒子动能减少了，为了使粒子射出时动能增长，在不计重力状况下，可采用措施是：,A.增大粒子射入时速度,B.减小磁场磁感应强度,C.增大电场电场强度,D.变化粒子带电性质,BC,第25页,四,.,磁流体发电机,等离子体,即高温下电离气体，具有大量带正电荷和负电荷微粒，总体是电中性。,第26页,磁流体发电机,a,b,L,v,B,R,Eq=Bqv,电动势：,E=Ea,电流：,I=E/,（,R+r,）,r=,？,流体为：等离子束,目：发电,第27页,五、电磁流量计,Bqv=Eq=qu/d,得,v=U/Bd,流量：,Q=Sv=dU/4B,流体为：导电液体,目：测流量,d,b,a,导电,液体,若管道为其他形状,如矩形呢?,第28页,霍尔效应,Eq=Bqv,I=nqvS,U=Eh,（,U=E,）,流体为：定向移动电荷,是一个现象,h,d,B,I,A,A,第29页,例6：图为一种获得高能粒子装置。环行区域内存在垂直纸面向外、大小可调整均匀磁场。质量为m，电量为+q粒子在环中做半径为R圆周运动。A、B为两块中心开有小孔极板。本来电势都为零，每当粒子飞经A板时，A板电势升高为+U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间电场中得到加速。每当粒子离开B板时，A板电势又降为零。粒子在电场中一次次加速下动能不停增大，而半径不变。,（1）t=0时粒子静止在A板小孔处，在电场力作用下加速，并绕行第一圈。求 粒子绕行n圈回到A板时获得总动能EK总,（2）为使粒子一直保持在半径为R圆轨道上运动，求粒子绕行第n圈时磁 感应强度Bn,（3）求粒子绕行n圈所需总时间tn（设极板间距远不不小于R）,A,A +U,B 0,B,O,+U,第30页,例3：电视机显像管中，电子束偏转是用磁偏转技术实现。电子束通过电压为U加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示。磁场方向垂直于圆面。磁场区中心为O，半径为r。当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕中心M点。为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度，此时磁场磁感应强度B应为多少？,第31页,例5：如图，两个共轴圆筒形金属电极，外电极接地，其上均匀分布着平行于轴线四条狭缝、和，外筒外半径为，在圆筒之外足够大区域中有平行于轴线方向均匀磁场，磁感强度大小为。在两极间加上电压，使两圆筒之间区域内有沿向外电场。一质量为、带电量为粒子，从紧靠内筒且正对狭缝点出发，初速为零。假如该粒子通过一段时间运动之后恰好又回到出发点，则两电极之间电压应是多少？（不计重力，整个装置在真空中）,第32页,
展开阅读全文