高中物理 3.5 洛伦兹力的应用课件 教科版选修3-1

欢迎进入物理课堂 欢迎大家进入物理的世界 洛伦兹力的应用 复习 洛伦兹力的概念 运动电荷在磁场中受到的作用力 通电导线在磁场中所受到的安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力的方向由左手定则判定1 正电荷的运动方向与电流方向相同 负电荷运动方向与电流方向相反 2 洛伦兹力垂直于 与 所在的平面 洛伦兹力的大小1 当电荷运动方向与磁场方向垂直 v B 时 f qvB 2 当电荷的运动方向与磁场方向平行 v B 时 电荷不受洛伦兹力 洛伦兹力对运动电荷不做功区分带电粒子在电场和在磁场中受力情况不同带电粒子置于电场中必受电场力 与运动状态无关 但在磁场中洛伦兹力的大小和方向与运动状态有关 洛伦兹力的应用 带电粒子在磁场中的运动 观察与思考 1 当没有磁场作用时 观察电子的运动轨迹 你看到了什么 2 当外加一磁场 让电子垂直射入磁场时 电子的运动轨迹有什么变化 3 当外加一磁场 让电子不垂直射入磁场时 电子的运动轨迹有什么变化 洛伦兹力的应用 带电粒子在磁场中的运动 讨论与交流 1 有磁场作用时 电子的运动轨迹是否可能为直线 2 电子为什么会做圆周运动 向心力由谁来提供 3 什么情况下电子会做螺旋运动 洛伦兹力的应用 带电粒子在磁场中的运动 在匀强磁场中洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力 即 f qvB mv2 r故得 r mv qB又有 注 粒子的运动周期与轨道半径和运动速率无关 一 速度选择器 1 若带电粒子带负电 会不会影响速度选择器对速度的选择 2 若把磁场或电场反向 会不会影响速度选择器对速度的选择 3 若把磁场和电场同时反向 会不会影响速度选择器对速度的选择 洛伦兹力的应用 速度选择器 讨论与交流 二 荷质比的测定 质谱仪 1 荷质比的概念 带电粒子的电荷与质量之比 它是带电粒子的基本参量 2 测定荷质比的装置 A 电离室 S1 S2 加速电场S2 S3 速度选择器 B 匀强磁场 D 照相底片 4 测定荷质比的装置 质谱仪 最初由汤姆生发现的 洛伦兹力的应用 质谱仪 洛伦兹力的应用 质谱仪 讨论与交流 质子和粒子以相同的动能垂直进入同一磁场 它们能分开吗 回旋加速器是原子核物理学中获得高速粒子的一种装置 这种装置结构虽然很复杂 但其基本原理就是利用上面提到的那个回旋共振频率与速率无关的性质 如图 回旋加速器的核心部分为D形盒 它的形状有如扁圆的金属盒沿直径剖开的两半 每半个都象字母 D 的形状 两D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D形盒间接上交流电源 其频率的数量级为106周 秒 于是在缝隙里形成一个交变电场 由于电屏蔽效应 在每个D形盒的内部电场很弱 D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 这磁场的方向垂直于D形盒的底面 洛伦兹力的应用 回旋加速器 三 回旋加速器 洛伦兹力的应用 回旋加速器 讨论与交流 1 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时 如果速率v增大引起半径r增大 其运动周期T是否变化 2 为了使带电粒子每次经过两D形盒的间隙时 恰能受到电场力作用且被加速 高频电源的频率应符合什么条件 3 设回旋加速器D形盒的半径为R 匀强磁场的磁感应强度为B 则该回旋加速器最多可以将质量为m 电荷量为q的带电粒子加速到多大的速度 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全