经典课件洛伦兹力应用

1、3.5 洛伦兹力的应用,3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定,磁场中的带电粒子一般可分为两类：,1、带电的基本粒子：如电子，质子，粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和洛仑磁力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。,2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。,1、圆周运动的半径,2、圆周运动的周期,复习回顾,可见：对于一定的带电粒子。可以通过调节B和V0的大小来控制粒子的偏转角度。,偏转角,磁偏转的特点：只改变速度的方向，不改变速度的大小。,一、利用磁场控制带电粒子运动,偏转角,弦切角,圆

2、心角,结论： （1）偏转角等于圆心角。 （2）弦切角等于圆心角的一半。,一、利用磁场控制带电粒子运动,速度选择器,（1）只选择速度，不选择粒子（质量、电量、电性）；,2.特点：,（2）其中的E、B的方向不仅互相垂直，且还有确定的关系；,（3）速度选择器中的粒子只能沿一个确定的方向通过。,1.原理：,在如图所示的平行板器件中，电场强度和磁感应强度相互垂直，具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫速度选择器。,洛伦兹力大于电场力，带电粒子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，轨迹是曲线。,(1)若V小于这一速

3、度V0？,电场力将大于洛伦兹力，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,轨迹是曲线。,(2)若V大于这一速度VO？,速度选择器,原理：,1.作用：测定带电粒子荷 质比的仪器。,2.结构：,3.工作原理：,（1）加速：动能定理,（2）速度选择：,（3）偏转：,（4）测量：,二、质谱仪,测质量：,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=Ek,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：,三、加速器,（一）、直线加速器,由动能定理得:带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为：,缺点：直线加速器占有的空间范围大，在有限的空 间范围内

4、制造直线加速器受到一定的限制,1966年建成的美国斯坦福电子直线加速器管长3050米.,劳伦斯（19011958）：美国物理学家,回旋加速器,加速条件：交流电源的周期与带电粒子在匀强 磁场中做匀速圆周运动的周期相同.,结构：两个 D 形金属扁盒，在其上加有磁场和交变的电场，两个 D形盒缝隙中心附近有离子源。,回旋加速器,1.两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。,3.粒子回旋的周期不随半径改变。让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一致，从而保证粒子始终被加速。,2.电场使粒子加速（电场加速过程中,时间极短,可忽略），磁场使粒子回旋（匀速圆周运动）。,4.带电粒子的最高能量与哪些因素有

5、关？,可见：带电粒子一定的条件下，其获得的最大能量 取决于：D形盒的半径R，磁感应强度B.,那么粒子获得的最大能量为：,为,粒子运动的最大速度,根据,形盒的半径,带电粒子做圆周运动的半径最大只能等于圆,注意：加速电压小，多转几圈。电压大，少转几圈。,5. 加速的次数N,6. （1）加速粒子在磁场中运动的时间,（2）加速粒子电场中运动的时间,t t加,注意：,（在加速电场中相当于“匀加速直线运动”）,A,A,B,B,A1,A1,B1,B1,回旋加速器的原理,思考：回旋加速器能不能无限提高粒子的能量？,答：据相对论理论知识，粒子速度被加速到接近光速，质量明显增强，周期也增加，破坏了回旋加速器的同步

6、条件。,目前世界上最大的回旋加速器在美国费米加速实验室，环形管道的半径为2公里。产生的高能粒子能量为5000亿电子伏特。,北京正负电子对撞机改造后的直线加速器,在磁场中做圆周运动,周期不变。 每一个周期加速两次。 电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同。 电场一个周期中方向变化两次。 B不变时：某一个粒子能被加速的最大速度由盒的半径决定。 电场加速过程中,时间极短,可忽略。,回旋加速器结论,例2:关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确的是( ) 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的 C、只有电场能对带电粒子起加速作用 D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动,CD,例1：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，