洛倫茲力的應(yīng)用 課件【高效課堂+備課精研】高二下學(xué)期物理魯科版（2019）選擇性必修第二冊

1.3洛倫茲力的應(yīng)用1、顯像管

帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，只要運(yùn)動(dòng)方向于磁場方向不平行，就會受洛倫茲力的作用，其運(yùn)動(dòng)方向就會不斷變化。利用電場控制對帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，稱為電偏轉(zhuǎn)。如：示波器利用磁場控制對帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，稱為磁偏轉(zhuǎn)。如：電視機(jī)、監(jiān)視器

顯像管是一種電子射線管，由電子槍發(fā)出的電子，經(jīng)電場加速形成電子束，在水平偏轉(zhuǎn)線圈和豎直偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的不斷變化的磁場作用下，運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)掃描，在熒光屏上顯示圖像。（1）要使電子打在A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？（2）要使電子打在B點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？（3）要使電子束打在熒光屏上的位置由中心B逐漸向A點(diǎn)移動(dòng)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？AOB垂直紙面向外垂直紙面向里垂直紙面向里逐漸減小到零，再反向增大。2、質(zhì)譜儀偏轉(zhuǎn)：質(zhì)譜儀是分離和檢測同位素的儀器離子經(jīng)過加速電場加速獲得速度離子經(jīng)過磁場偏轉(zhuǎn)，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)又偏轉(zhuǎn)距離x=2r解得：離子的比荷與偏轉(zhuǎn)距離x的平方成反比。不同比荷的粒子會被分開。利用質(zhì)譜儀，還可以準(zhǔn)確測出離子的質(zhì)量。例、如圖所示，離子源產(chǎn)生的甲、乙兩種離子由靜止經(jīng)加速電壓U加速后在紙面內(nèi)水平向右運(yùn)動(dòng)，自M點(diǎn)垂直于磁場邊界射入勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直于紙面向里，磁場左邊界豎直；已知甲種離子射入磁場的速度大小為v1，并在磁場邊界的N點(diǎn)射出；乙種離子在MN的中點(diǎn)射出，MN長為L，不計(jì)重力影響和離子間的相互作用。求：(1)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小；(2)甲、乙兩種離子的比荷之比；

速度選擇器

如圖所示，在兩極板間有電場和磁場（復(fù)合場），不計(jì)重力，當(dāng)電場力等于洛倫茲力時(shí)，帶電粒子沿直線穿出極板。1.只選擇速度v（含大小、方向），不能選擇質(zhì)量m和電荷量q。2.注意電場和磁場的方向搭配。3、回旋加速器

為了探索原子核內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，需要高速帶電粒子充當(dāng)微型“炮彈”轟擊原子核，引起原子核內(nèi)部的變化。

如何使帶電粒子獲得巨大的能量呢？

利用加速電場對帶電粒子做正功使帶電粒子的動(dòng)能增加，qU=Ek．

受到電壓的限制，粒子紙能獲得較小的能量。

因此采用多級加速，1928年，第一臺直線加速器于問世。

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。1932年,美國物理學(xué)家勞侖斯發(fā)明了回旋加速器。1、工作原理：在電場加速，在磁場偏轉(zhuǎn)2、要使粒子每次經(jīng)過狹縫都得到加速，應(yīng)該在兩狹縫間加交變電壓，且T電壓=T圓周，粒子每經(jīng)過一個(gè)周期，被電場加速二次。

若粒子每次經(jīng)過狹縫，電場力都對粒子做正功，v變大，所以r也變大；

而粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期與粒子運(yùn)動(dòng)的v、r無關(guān)，所以隨著v和r的增大，周期不變。3、最終能量最終能量與：磁場偏轉(zhuǎn)最大半徑、磁感應(yīng)強(qiáng)度、比荷大小有關(guān)。對于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半徑是相同的。最外圈時(shí)速度最大。4、回旋圈數(shù)粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定，與加速電壓無關(guān)。電壓越大，回旋次數(shù)越少，粒子在Ｄ形盒內(nèi)的時(shí)間就越少。5、運(yùn)動(dòng)時(shí)間t電場中的加速時(shí)間t1磁場的偏轉(zhuǎn)時(shí)間t2

將帶電粒子在狹縫之間的運(yùn)動(dòng)首尾連接起來是一個(gè)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。t1<<t2電場加速過程中,時(shí)間極短,可忽略。例、回旋加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成,其間留有空隙,下列說法正確的是 (

)A.粒子從電場中獲得能量B.粒子獲得的最大速度與回旋加速器半徑有關(guān)C.粒子獲得的最大速度與回旋加速器內(nèi)的電場有關(guān)D.回旋加速器中的電場和磁場交替對帶電粒子做功AB

用電源頻率為f

的回旋加速器對電荷量為q、質(zhì)量為m

的氦核加速，使氦核的能量達(dá)到Ek.這個(gè)回旋加速器的半徑r

為多大？討論：回旋加速器獲得的最大動(dòng)能與哪些因素有關(guān)？由動(dòng)能定理：由：上述例題中氦核在第n次加速后進(jìn)入Ｄ形盒的回旋半徑第n+1次加速后進(jìn)入另一Ｄ形盒的回旋半徑之比是多少？解：解得：得電磁流量計(jì)：測量導(dǎo)電液體流量的一種儀器。當(dāng)導(dǎo)電液體沿測量管運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體中的正、負(fù)離子在洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn)，左右管壁電極間出現(xiàn)電勢差。流量：單位時(shí)間內(nèi)通過截面的液體體積(Q=Sv)設(shè)圓形導(dǎo)管直徑為d，磁感應(yīng)