《洛倫茲力的應(yīng)用》(魯科版選修3-1)教育課件

.,洛倫茲力的應(yīng)用,.,一、質(zhì)譜儀,1、質(zhì)譜儀是測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具,2、基本原理,將質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場(chǎng)加速再垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，由于粒子動(dòng)量不同，引起軌跡半徑不同而分開，進(jìn)而分析某元素中所含同位素的種類,3、推導(dǎo),.,1加速原理：利用加速電場(chǎng)對(duì)帶電粒子做正功使帶電粒子的動(dòng)能增加，qU=Ek,2直線加速器，多級(jí)加速如圖所示是多級(jí)加速裝置的原理圖：,二、加速器,（一）、直線加速器,.,由動(dòng)能定理得帶電粒子經(jīng)n極的電場(chǎng)加速后增加的動(dòng)能為：,3直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間范圍內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制,.,（二）、回旋加速器,1、帶電粒子在兩D形盒中回旋周期等于兩盒狹縫之間高頻電場(chǎng)的變化周期，粒子每經(jīng)過(guò)一個(gè)周期，被電場(chǎng)加速二次,2、將帶電粒子在狹縫之間的運(yùn)動(dòng)首尾連接起來(lái)是一個(gè)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),3、帶電粒子每經(jīng)電場(chǎng)加速一次，回旋半徑就增大一次， 每次增加的動(dòng)能為 所有各次半徑之比為：,4、對(duì)于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半徑是相同的。,5、回旋加速器的出現(xiàn)，使人類在獲得具有較高能量的粒子的方面前進(jìn)了一 大步，了解其它類型的加速器：直線加速器、同步加速器、電子感應(yīng)加速器、串列加速器、電子對(duì)撞機(jī)等,.,小結(jié)：,回旋加速器利用兩D形盒窄縫間的電場(chǎng)使帶電粒子加速，利用D形盒內(nèi)的磁場(chǎng)使帶電粒子偏轉(zhuǎn)，帶電粒子所能獲得的最終能量與B和R有關(guān)，與U無(wú)關(guān),.,例1：關(guān)于回旋加速器中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用的敘述，正確的是( )A、電場(chǎng)和磁場(chǎng)都對(duì)帶電粒子起加速作用B、電場(chǎng)和磁場(chǎng)是交替地對(duì)帶電粒子做功的C、只有電場(chǎng)能對(duì)帶電粒子起加速作用D、磁場(chǎng)的作用是使帶電粒子在D形盒中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),CD,.,例2：質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖，離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束(速度可看作為零)，經(jīng)加速電場(chǎng)加速后垂直進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，到達(dá)記錄它的照相底片P上，設(shè)離子在P上的位置到入口處S1的距離為x，可以判斷( ),A、若離子束是同位素，則x越大，離子質(zhì)量越大B、若離子束是同位素，則x越大，離子質(zhì)量越小C、只要x相同，則離子質(zhì)量一定相同D、只要x相同，則離子的荷質(zhì)比一定相同,AD,.,例3：串列加速器是用來(lái)產(chǎn)生高能離子的裝置。圖中虛線框內(nèi)為其主體的原理示意圖，其中加速管的中部b處有很高的正電勢(shì)U，a、c兩端均有電極接地（電勢(shì)為零）?，F(xiàn)將速度很低的負(fù)一價(jià)碳離子從a端輸入，當(dāng)離子到達(dá)處時(shí)，可被設(shè)在處的特殊裝置將其電子剝離，成為n價(jià)正離子，而不改變其速度大小。這些正n價(jià)碳離子從c端飛出后進(jìn)入一與其速度方向垂直的、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在磁場(chǎng)中做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)。已知碳離子的質(zhì)量為m=2.010-26kg，U=7.5105V，B=0.50T，n=2，基元電荷e=1.610-19C，求R。,=0.75m ,.,解：設(shè)碳離子到達(dá)b處時(shí)的速度為v1， 從c端射出時(shí)的速度為v2，由能量關(guān)系得： mv12/2=eU， mv22/2= mv12/2+neU， 進(jìn)入磁場(chǎng)后，碳離子做圓周運(yùn)動(dòng)， R=mv2/Bne，得,=0.75m ,.,三.速度選擇器,在電、磁場(chǎng)中，若不計(jì)重力，則：,1.速度選擇器只選擇速度，與電荷的正負(fù)無(wú)關(guān)；2.注意電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向搭配。,.,速度選擇器：（1）任何一個(gè)正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)組成速度選擇器。（2）帶電粒子必須以唯一確定的速度（包括大小、方向）才能勻速（或者說(shuō)沿直線）通過(guò)速度選擇器。否則將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。即有確定的入口和出口。（3）這個(gè)結(jié)論與粒子帶何種電荷、電荷多少都無(wú)關(guān)。, , ,v,若速度小于這一速度，電場(chǎng)力將大于洛倫茲力，帶電粒子向電場(chǎng)力方向偏轉(zhuǎn)，電場(chǎng)力做正功，動(dòng)能將增大，洛倫茲力也將增大，粒子的軌跡既不是拋物線，也不是圓，而是一條復(fù)雜曲線；若大于這一速度，將向洛倫茲力方向偏轉(zhuǎn)，電場(chǎng)力將做負(fù)功，動(dòng)能將減小，洛倫茲力也將減小，軌跡是一條復(fù)雜曲線。,.,練習(xí): 在兩平行金屬板間有正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶電粒子垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向射入場(chǎng)中，射出時(shí)粒子的動(dòng)能減少了，為了使粒子射出時(shí)動(dòng)能增加，在不計(jì)重力的情況下，可采取的辦法是：A.增大粒子射入時(shí)的速度B.減小磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度C.增大電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度D.改變粒子的帶電性質(zhì),BC,.,四.磁流體發(fā)電機(jī),等離子體即高溫下電離的氣體，含有大量的帶正電荷和負(fù)電荷的微粒，總體是電中性的。,.,磁流體發(fā)電機(jī),.,五、電磁流量計(jì),若管道為其他形狀,如矩形呢?,.,7、霍爾效應(yīng),.,例6：圖為一種獲得高能粒子的裝置。環(huán)行區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的、大小可調(diào)節(jié)的均勻磁場(chǎng)。質(zhì)量為m，電量為+q的粒子在環(huán)中做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)。A、B為兩塊中心開有小孔的極板。原來(lái)電勢(shì)都為零，每當(dāng)粒子飛經(jīng)A板時(shí)，A板電勢(shì)升高為+U，B板電勢(shì)仍保持為零，粒子在兩板間的電場(chǎng)中得到加速。每當(dāng)粒子離開B板時(shí)，A板電勢(shì)又降為零。粒子在電場(chǎng)中一次次加速下動(dòng)能不斷增大，而半徑不變。（1）t=0時(shí)粒子靜止在A板小孔處，在電場(chǎng)力作用下加速，并繞行第一圈。求 粒子繞行n圈回到A板時(shí)獲得的總動(dòng)能EK總（2）為使粒子始終保持在半徑為R的圓軌道上運(yùn)動(dòng)，求粒子繞行第n圈時(shí)的磁 感應(yīng)強(qiáng)度Bn（3）求粒子繞行n圈所需的總時(shí)間tn（設(shè)極板間距遠(yuǎn)小于R）,.,例3：電視機(jī)的顯像管中，電子束的偏轉(zhuǎn)是用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。電子束經(jīng)過(guò)電壓為U的加速電場(chǎng)后，進(jìn)入一圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，如圖所示。磁場(chǎng)方向垂直于圓面。磁場(chǎng)區(qū)的中心為O，半徑為r。當(dāng)不加磁場(chǎng)時(shí)，電子束將通過(guò)O點(diǎn)而打到屏幕的中心M點(diǎn)。為了讓電子束射到屏幕邊緣P，需要加磁場(chǎng)，使電子束偏轉(zhuǎn)一已知角度，此時(shí)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)為多少？,.,例5： 如圖，兩個(gè)共軸的圓筒形金屬電極，外電極接地，其上均勻分布著平行于軸線的四條狹縫、和，外筒的外半徑為，在圓筒之外的足夠大區(qū)域中有平行于軸線方向的均勻磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度的大小為。在兩極間加上電壓，使兩圓筒之間的區(qū)域內(nèi)有沿向外的電場(chǎng)。一質(zhì)量為、帶電量為的粒子，從緊靠?jī)?nèi)筒且正對(duì)狹縫的點(diǎn)出發(fā)，初速為零。如果該粒子經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)之后恰好又回到出發(fā)點(diǎn)，則兩電極之間的電壓應(yīng)是多少？（不計(jì)重力，整個(gè)裝置在真空中）,.,上海自動(dòng)化儀表廠是上海自動(dòng)化儀表有限公司是上海上自儀股份控股的子公司，是向國(guó)內(nèi)發(fā)行A股，向國(guó)外發(fā)行B股的上市公司，是國(guó)家大型一級(jí)企業(yè)，上海自動(dòng)化儀表廠DCS公司 上海自動(dòng)化儀表廠DCS公司“中國(guó)500家最大工業(yè)企業(yè)”和“全國(guó)工業(yè)企業(yè)技術(shù)開發(fā)實(shí)力百?gòu)?qiáng)”之一，是上海高新技術(shù)企業(yè)，連續(xù)多年被上海市人民政府和原機(jī)械工業(yè)部授予“優(yōu)秀企業(yè)”稱號(hào)性有發(fā)作了?！安痪褪切┎灰钠科抗薰迒?，有什么好驚嘆的?！避岳驘o(wú)奈的扭過(guò)頭去，一副我不認(rèn)識(shí)你的樣子。“不，不，不，小茉莉，你的思想太簡(jiǎn)單了。”慕容凌娢指著那些廢舊器具說(shuō)道，“也許現(xiàn)在看來(lái)，它們就是一群破銅爛鐵，但只要回到21世紀(jì)，它們就能變成不折不扣的金山銀山。”“不許叫小茉莉！”茉莉不知為何突然緊張起來(lái)，她有些語(yǔ)無(wú)倫次的說(shuō)道，“我我明明比你大的?！薄笆裁窗。瓉?lái)茉莉你也是個(gè)傲嬌”慕容凌娢裝作若無(wú)其事的搖了搖頭，“所以說(shuō)你帶我來(lái)這里干什么？”“百蝶說(shuō)讓你肉償”“來(lái)真的??！怎么可以！”慕容凌娢大聲叫道，引來(lái)了不少正在干活的女工的注意。面對(duì)這么多人好奇的眼神，慕容凌娢第一次覺得有些不好意思。“這些群眾的眼神還真是犀利啊哈哈哈”慕容凌娢心虛的想要轉(zhuǎn)移話題。“明明就是你太吵了。”茉莉已經(jīng)恢復(fù)了往常那種陰冷的表情。“看什么看，趕快干活，還想不想吃晚飯了！”一個(gè)嚴(yán)厲的女聲響起?！皢眩@不是茉莉姑娘嗎？怎么，不呆在百蝶樓主身邊，來(lái)這種臟亂的地方干什么?！边@女子一臉討好的沖著茉莉笑道。這個(gè)女子應(yīng)該就是這里管事的人了，慕容凌娢上下打量眼前這個(gè)人，穿著灰色的布衣，頭發(fā)干練的盤在頭頂用一枝木簪固定住，雖然衣著樸素，但由內(nèi)而外散發(fā)出一種凌厲的氣勢(shì)。一看就是那種不好惹的人，還是先套近乎好了。慕容凌娢想到這兒便也是滿臉堆笑。“您還，我叫白綾?！奔热话俚谌饲岸歼@樣稱呼自己，她也就只好接受了這個(gè)化名。“初來(lái)乍到，還請(qǐng)”“她惹百蝶生氣了，所以被罰到這里打雜。”茉莉冷冷地打斷了慕容凌娢的話，“你隨便給她點(diǎn)活干干就好了?！薄笆鞘鞘牵岳蚬媚锓叫?，我一定會(huì)好好管教她的。”那女子連連點(diǎn)頭，但看慕容凌娢的眼神已經(jīng)完全不同了，多了幾分不屑和僥幸。這也太勢(shì)利了吧，茉莉還沒離開就已經(jīng)暴露本性了，如果茉莉離開，那自己還不得被她給慕容凌娢打了一個(gè)冷顫，輕輕拽了拽茉莉的袖子，用可憐兮兮的眼神看著茉莉，想要向她求助。然而茉莉就像什么都沒有看見一樣，極其冷淡地甩開了慕容凌娢的手?！澳撬蜌w你了，一視同仁就好了。百蝶那邊還有事，我先回去了。”茉莉漠然的看了慕