1.4洛伦兹力的应用课件高二下学期物理教科版选择性

洛伦兹力的应用现实生活中，用洛伦兹力控制电荷运动，在现代科技领域中具有广泛的应用。例如：电视机显像、质谱仪、回旋加速器等。利用磁场控制带电粒子运动如图所示,圆形匀强磁场的半径为r,磁感应强度为B,带电粒子质量为m,电荷量为q,速度为v0。经过磁场偏转了θ角,则tan

=

,R=

,故tan

=

,可见,对于一定的带电粒子,可以通过改变B和v0

的大小来控制粒子的偏转角度θ。

速度选择器一、速度选择器

1、装置及要求如图1，两极板间存在匀强电场和匀强磁场，二者方向互相垂直，带电粒子从左侧射入，不计粒子重力.思考：若欲使带电粒子能够沿直线匀速通过，速度需要满足什么条件？EB速度选择器只对选择的粒子的速度有要求，而对粒子的质量、电荷量大小及带电正、负无要求.当F电＝F洛

时，粒子才沿图示的直线运动，即：特点：2、当

时，粒子向F洛方向偏转，F电做负功，粒子的动能减小，电势能增大.3、当

时，粒子向F电方向偏转，F电做正功，粒子的动能增大，电势能减小.1、当时，粒子作匀速直线运动。例1、(多选)如图所示，在带电的两平行金属板间有相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度为B，匀强电场场强为E，现有一电子以速度v0平行金属板射入场区，则（）BC质谱仪

在科学研究和工业生产中，常常需要将一束带等量电荷的粒子分开，以便知道其中所含物质的成分。你能如何分离不同比荷的带电粒子？对带电粒子有力的作用电场磁场使带电粒子加速使带电粒子做匀速圆周运动

m不同，r不同，从而可以分开1、质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量、

轨道半径确定其质量的仪器。2、结构及作用：①电离室：使中性气体电离，产生带电粒子②加速电场：使带电粒子获得速度③粒子速度选择器：以相同速度进入偏转磁场④偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离⑤照相底片：记录不同粒子偏转位置及半径电离室加速电场偏转磁场照相底片速度选择器(1)电场中加速：由动能定理得：由此可得：3、原理：(2)磁场中偏振：向心力为受的洛伦兹力提供，即所以粒子的轨道半径为由于粒子的荷质比不同，则做圆周运动的半径也不同，因此打到不同的位置。(1)电场中加速：

4、装置改进：原理图

加速电场速度选择器

(3)磁场中偏转：5、作用：原理图

加速电场速度选择器(1)可测粒子的质量及比荷(2)与已知粒子半径对比可发现未知的元素和同位素例2、如图所示，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场（磁感应强度为B）和匀强电场（电场强度为E）组成的速度选择器，然后通过狭缝P进入另一匀强磁场（磁感应强度为B’），最终打在A1A2上，粒子重力不计。下列表述正确的是（

）A.粒子带负电B.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BC.粒子打在A1A2的位置越靠近P，粒子的比荷q/m越大D.所有打在A1A2上的粒子，在磁感应强度为B’的磁场中的运动时间都相同BC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”产生这些高能“炮弹”的“工厂”就是各种各样的粒子加速器。设电子进入第n个圆筒后的速度为v，根据动能定理有：得直线加速器由于粒子在加速过程中的径迹为直线，要得到较高动能的粒子，其加速装置要很长。欧洲质子加速器斯坦福大学的加速器能不能设计一种既能实现多次加速，又能减少占地空间的加速器呢？如果带电粒子在一次加速后又转回来被第二次加速，如此往复“转圈圈”式地被加速，加速器装置所占的空间就会大大缩小。而磁场正好能使带电粒子“转圈圈”，于是，人们依据这个思路设计出了用磁场控制轨道、用电场进行加速的回旋加速器。1932年物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在较小的空间范围内对带电粒子进行多次加速。劳伦斯第一台回旋加速器1、概念：利用电场对电荷的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用，在较小的范围内来获得高能粒子的装置。原理图2、结构及作用：①两个大磁极：在带电粒子运动范围内产生很强的匀强磁场，使带电粒子做匀速圆周运动。②两个D形盒：D形盒内部有磁场没有电场。使带电粒子的圆周运动不受电场影响。③D形盒间的窄缝：使带电粒子在这一区间被电场加速。④交变电场：交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。使带电粒子在D形盒间的窄缝被加速。3、工作原理：（1）磁场的作用是什么？写出粒子进入磁场后半径表达式？周期？粒子在磁场中运动特点？接高频电源狭缝原理图粒子源

由：得：+-v1+-v2v3v4vm(2)回旋加速器中电场的作用是什么？电场的作用是使带电粒子加速。接高频电源狭缝原理图粒子源

（3）为了保证带电粒子每次到达D形盒缝隙间都能被加速，那D形盒缝隙的电场方向应该是恒定的还是变化的呢？由于粒子在D型盒内每回旋半圈，进入盒缝间就需要加速一次，因此类似于多级直线加速器，电场方向应该是变化的。接高频电源狭缝原理图

粒子源

（4）电场要如何要如何设置才能保证电荷被加速？带电粒子在D形盒中运行的周期：加速条件每过电场方向要改变一次，以保证带电粒子始终被加速。(5)带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？若D形盒的最大半径为R，磁感应强度为B，由

得粒子获得的最大速度:最大动能决定于D型盒的半径r和磁感应强度B，与加速电压大小无关。。.接高频电源狭缝原理图粒子源

想一想：加速电压的大小会影响什么呢?(6)带电粒子在回旋加速器中被加速的次数是多少？粒子获得的最大速度：粒子每加速一次增加的能量：粒子加速次数：接高频电源狭缝原理图粒子源

加速电压的大小会影响粒子的加速次数。(7)带电粒子在回旋加速器磁场中运动时间是多少？粒子一个周期内被加速两次粒子加速次数：粒子在磁场中运动的时间：接高频电源狭缝原理图粒子源

4、回旋加速器的局限性

例3、（多选）1932年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空