洛倫茲力的應(yīng)用

洛倫茲力的應(yīng)用第一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日1.速度選擇器在電、磁場(chǎng)中，若不計(jì)重力，則：在如圖所示的平行板器件中，電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直，具有不同水平速度的帶電粒子射入后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同。這種裝置能把具有某一特定速度的粒子選擇出來(lái)，所以叫速度選擇器。試求出粒子的速度為多少時(shí)粒子能沿虛線通過(guò)。思考：其他條件不變，把粒子改為負(fù)電荷，能通過(guò)嗎？電場(chǎng)、磁場(chǎng)方向不變，粒子從右向左運(yùn)動(dòng)，能直線通過(guò)嗎？第二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日速度選擇器：

1.速度選擇器只選擇速度，與電荷的正負(fù)無(wú)關(guān)；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。否則偏轉(zhuǎn)。3.注意電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向搭配。＋＋＋＋＋＋＋－－－－―――v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。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；若大于這一速度？第三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日練習(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第四頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日2．如圖所示是粒子速度選擇器的原理圖，如果粒子所具有的速率v=E/B，那么:()A．帶正電粒子必須沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，才能沿直線通過(guò)B.帶負(fù)電粒子必須沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，才能沿直線通過(guò)C．不論粒子電性如何，沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，都能沿直線通過(guò)D.不論粒子電性如何，沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，都能沿直線通過(guò)第五頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日3：正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度分別為B和E，一帶電的粒子，以速度v1垂直射入，而以速度v2射出，則（）A.v1=E/B

v2＜v1

B.v1＞E/B,v2＜v1

C.v1＜E/B

v2＞v1D.v1＞E/B.v2＞v1

BCqBvEqqBvEq第六頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日2.磁流體發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，右圖是它的示意圖，平行金屬板A、B之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng)，將一束等粒子體（即高溫下電離的氣體，含有大量正、負(fù)帶電粒子）噴入磁場(chǎng)，AB兩板間便產(chǎn)生電壓。如果把AB和用電器連接，AB就是一個(gè)直流電源的兩個(gè)電極。第七頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日磁流體發(fā)電機(jī)Eq=Bqv電動(dòng)勢(shì)：E’=Ed=Bvd電流：I=E’/（R+r）流體為：等離子束目的：發(fā)電1、圖中AB板哪一個(gè)是電源的正極？2、此發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)？（兩板距離為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，等離子速度為v，電量為q）第八頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D示為磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖，將氣體加熱到很高的溫度，使它成為等離子體(含有大量正、負(fù)離子)，讓它以速度v通過(guò)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，這里有間距為d的電極板a和b，外電路電阻為R．(1)說(shuō)明磁流體發(fā)電機(jī)的原理．(2)哪個(gè)電極為正極?(3)計(jì)算電極板間的電勢(shì)差．第九頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)：如圖所示是等離子體發(fā)電機(jī)的示意圖，平行金屬板間的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T，兩板間距離為20㎝，要使AB端的輸出電壓為220V，則等離子垂直射入磁場(chǎng)的速度為多少？

代入數(shù)據(jù)得v=2200m/s電流的方向如何？由B到A第十頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D是電磁流量計(jì)的示意圖，在非磁性材料做成的圓管道外加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，當(dāng)管中的導(dǎo)電液體流過(guò)此磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，測(cè)出管壁上的ab兩點(diǎn)間的電動(dòng)勢(shì)U，就可以知道管中液體的流量Q---單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)液體的體積（m3/s）。已知管的直徑為D，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，試推出Q與U的關(guān)系表達(dá)式。流體為：導(dǎo)電液體目的：測(cè)流量3、電磁流量計(jì)第十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日Bqv=Eq=qu/d得v=U/Bd流量：Q=Sv=πdU/4Bd··ba×××××××××××××××導(dǎo)電液體若管道為其他形狀,如矩形呢?第十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D示為一電磁流量計(jì)的示意圖,截面為正方形的非磁性管，其邊長(zhǎng)為d，內(nèi)有導(dǎo)電液體流動(dòng)，在垂直于液體流動(dòng)方向上加一指向紙內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．現(xiàn)測(cè)得液體最上部a點(diǎn)和最下部b點(diǎn)間的電勢(shì)差為U，求管內(nèi)導(dǎo)電液的流量Q.第十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)分析1、找圓心：方法---2、定半徑：3、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：注意：θ用弧度表示幾何法求半徑向心力公式求半徑第十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日兩個(gè)具體問(wèn)題：1、圓心的確定（1）已知兩個(gè)速度方向：可找到兩條半徑，其交點(diǎn)是圓心。（2）已知入射方向和出射點(diǎn)的位置：通過(guò)入射點(diǎn)作入射方向的垂線，連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，作中垂線，交點(diǎn)是圓心。2、運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定：θθααθ＝2α關(guān)鍵：確定圓心、半徑、圓心角第十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日CDBvα如圖所示，在B=9.1x10-4T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，C、D是垂直于磁場(chǎng)方向的同一平面上的兩點(diǎn)，相距d=0.05m。在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電子經(jīng)過(guò)C點(diǎn)時(shí)的速度方向與CD成α=300角，并與CD在同一平面內(nèi)，問(wèn)：(1)若電子后來(lái)又經(jīng)過(guò)D點(diǎn)，則電子的速度大小是多少？(2)電子從C到D經(jīng)歷的時(shí)間是多少？(電子質(zhì)量me=9.1x10-31kg，電量e=1.6x10-19C)8.0x106m/s6.5x10-9s1、帶電粒子在無(wú)界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日如圖所示，在x軸上方有勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，一個(gè)質(zhì)量為m，帶電量為-q的的粒子，以速度v從O點(diǎn)射入磁場(chǎng)，角θ已知，粒子重力不計(jì)，求(1)粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間.(2)粒子離開(kāi)磁場(chǎng)的位置.2、帶電粒子在半無(wú)界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)：如圖直線MN上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。正、負(fù)電子同時(shí)從同一點(diǎn)O以與MN成30°角的同樣速度v射入磁場(chǎng)（電子質(zhì)量為m，電荷為e），它們從磁場(chǎng)中射出時(shí)相距多遠(yuǎn)？射出的時(shí)間差是多少？MNBOv答案為射出點(diǎn)相距時(shí)間差為關(guān)鍵是找圓心、找半徑和用對(duì)稱。

第十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí).一個(gè)負(fù)離子，質(zhì)量為m，電量大小為q，以速率v垂直于屏S經(jīng)過(guò)小孔O射入存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)的真空室中，如圖所示。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與離子的運(yùn)動(dòng)方向垂直，并垂直于圖1中紙面向里.（1）求離子進(jìn)入磁場(chǎng)后到達(dá)屏S上時(shí)的位置與O點(diǎn)的距離.（2）如果離子進(jìn)入磁場(chǎng)后經(jīng)過(guò)時(shí)間t到達(dá)位置P，證明:直線OP與離子入射方向之間的夾角θ跟t的關(guān)系是OBSvθP第十九頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日【例2】一個(gè)質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子從x軸上的P（a，0）點(diǎn)以速度v，沿與x正方向成60°的方向射入第一象限內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并恰好垂直于y軸射出第一象限。求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和射出點(diǎn)的坐標(biāo)。yxoBv

vaO/射出點(diǎn)坐標(biāo)為（0，）第二十頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日例：一束電子（電量為e）以速度V0垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，寬為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，穿出磁場(chǎng)時(shí)速度方向與電子原來(lái)入射方向成300角，求：電子的質(zhì)量和穿過(guò)磁場(chǎng)的時(shí)間。Bv0e300d2dBe/v0πd/3v0小結(jié)：1、兩洛倫磁力的交點(diǎn)即圓心2、偏轉(zhuǎn)角：初末速度的夾角。3、偏轉(zhuǎn)角=圓心角3、帶電粒子在有界矩形磁場(chǎng)區(qū)的運(yùn)動(dòng)第二十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日變化1：在上題中若電子的電量e，質(zhì)量m，磁感應(yīng)強(qiáng)度B及寬度d已知，若要求電子不從右邊界穿出，則初速度V0有什么要求？Bev0d小結(jié)：臨界問(wèn)題的分析方法1、理解軌跡的變化（從小到大）2、找臨界狀態(tài)：（切線夾角平分線找圓心）變化2：若初速度向下與邊界成α=60度角，則初速度有什么要求？Bv0變化3：若初速度向上與邊界成α=60度角，則初速度有什么要求？第二十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日第二十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)：兩板間（長(zhǎng)為L(zhǎng)，相距為L(zhǎng)）存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，帶負(fù)電粒子q、m以速度V0從方形磁場(chǎng)的中間射入，要求粒子最終飛出磁場(chǎng)區(qū)域，則B應(yīng)滿足什么要求？Bv0qmLL第二十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日Bv0qmLL情境：已知：q、m、v0、d、L、B求：要求粒子最終飛出磁場(chǎng)區(qū)域，對(duì)粒子的入射速度v0有何要求？

第二十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日如圖中圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，現(xiàn)有一電量為q，質(zhì)量為m的正離子從a點(diǎn)沿圓形區(qū)域的直徑射入，設(shè)正離子射出磁場(chǎng)區(qū)域的方向與入射方向的夾角為600，求此正離子在磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)飛行的時(shí)間及射出磁場(chǎng)時(shí)的位置。ao由對(duì)稱性，射出線的反向延長(zhǎng)線必過(guò)磁場(chǎng)圓的圓心。注:畫(huà)好輔助線（半徑、速度、軌跡圓的圓心、連心線）,偏角可由求出。經(jīng)歷時(shí)間由得出rvRvO/O?帶電粒子在圓形磁場(chǎng)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)第二十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日例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θ，此時(shí)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)為多少？第二十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日電視機(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)域，如圖所示．磁場(chǎng)方向垂直于圓面，磁場(chǎng)區(qū)域的中心為0，半徑為r．當(dāng)不加磁場(chǎng)時(shí)，電子束將通過(guò)點(diǎn)0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)已知角度θ，此時(shí)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)為多少?第二十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日第二十九頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)A心為O、半徑為r的圓形區(qū)域中有一個(gè)磁感強(qiáng)度為B、方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蚶锏膭驈?qiáng)磁場(chǎng)，與區(qū)域邊緣的最短距離為L(zhǎng)的O＇處有一豎直放置的熒屏MN，今有一質(zhì)量為m的電子以速率v從左側(cè)沿OO＇方向垂直射入磁場(chǎng)，越出磁場(chǎng)后打在熒光屏上之P點(diǎn)，如圖所示，求O＇P的長(zhǎng)度和電子通過(guò)磁場(chǎng)所用的時(shí)間。O＇MNLAOP第三十頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日例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ａ、ｂ、ｃ和ｄ，外筒的外半徑為ｒ０，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Ｂ。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ｍ、帶電量為＋ｑ的粒子，從緊靠?jī)?nèi)筒且正對(duì)狹縫ａ的Ｓ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)Ｓ，則兩電極之間的電壓Ｕ應(yīng)是多少？（不計(jì)重力，整個(gè)裝置在真空中）第三十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日【例6】如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的正離子，從A點(diǎn)正對(duì)著圓心O以速度v射入半徑為R的絕緣圓筒中。圓筒內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B。要使帶電粒子與圓筒內(nèi)壁碰撞多次后仍從A點(diǎn)射出，問(wèn)發(fā)生碰撞的最少次數(shù)?并計(jì)算此過(guò)程中正離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t?設(shè)粒子與圓筒內(nèi)壁碰撞時(shí)無(wú)能量和電量損失，不計(jì)粒子的重力。OAv0BOAv0B第三十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí):已經(jīng)知道，反粒子與正粒子有相同的質(zhì)量，卻帶有等量的異號(hào)電荷.物理學(xué)家推測(cè)，既然有反粒子存在，就可能有由反粒子組成的反物質(zhì)存在.1998年6月，我國(guó)科學(xué)家研制的阿爾法磁譜儀由“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)搭載升空，尋找宇宙中反物質(zhì)存在的證據(jù).磁譜儀的核心部分如圖所示，PQ、MN是兩個(gè)平行板，它們之間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，磁場(chǎng)方向與兩板平行.宇宙射線中的各種粒子從板PQ中央的小孔O垂直P(pán)Q進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并打在附有感光底片的板MN上，留下痕跡.假設(shè)宇宙射線中存在氫核、反氫核、氦核、反氦核四種粒子，它們以相同速度v從小孔O垂直P(pán)Q板進(jìn)入磁譜儀的磁場(chǎng)區(qū)，并打在感光底片上的a、b、c、d四點(diǎn)，已知?dú)浜速|(zhì)量為m，電荷量為e，PQ與MN間的距離為L(zhǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.（1）指出a、b、c、d四點(diǎn)分別是由哪種粒子留下的痕跡?（不要求寫(xiě)出判斷過(guò)程）（2）求出氫核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑；（3）反氫核在MN上留下的痕跡與氫核在MN上留下的痕跡之間的距離是多少?第三十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日厚度為h、寬度為d的金屬板放在垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體板上下側(cè)面間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差U，這種現(xiàn)象叫霍爾效應(yīng)。4、霍爾效應(yīng)上表面、下表面哪個(gè)面的電勢(shì)高?下表面流體為：定向移動(dòng)的電荷Eq=BqvI=nqvSU=Eh（U=E’）電勢(shì)差是多少？思考：如果電流是正電荷定向移動(dòng)形成的，則電勢(shì)哪端高？第三十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí):厚度為h、寬度為d的金屬板放在垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，已知金屬導(dǎo)體單位體積中的自由電子數(shù)為n，電子電量為e，則當(dāng)電流I流過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體板上下側(cè)面間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差U，證明電勢(shì)差U、電流I和B的關(guān)系為：U第三十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日有一個(gè)未知的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，用如下方法測(cè)其磁感應(yīng)強(qiáng)度，如圖所示，把一個(gè)橫截面是矩形的銅片放在磁場(chǎng)中，使它的上、下兩個(gè)表面與磁場(chǎng)平行，前、后兩個(gè)表面與磁場(chǎng)垂直．當(dāng)通入從左向右的電流I時(shí)，連接在上、下兩個(gè)表面上的電壓表示數(shù)為U．已知銅片中單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n，電子質(zhì)量m，帶電量為e，銅片厚度（前后兩個(gè)表面厚度）為d，高度（上、下兩個(gè)表面的距離）為h，求磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B．hdAIBV解：達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)有qvB=qE=qU/hB=U/vh∵I=nevS=nevhd∴vh=I/ned∴B=Udne/I第三十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日例:一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從容器下方的小孔S1飄入電勢(shì)差為Ｕ的加速電場(chǎng)，然后經(jīng)過(guò)S3沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為Ｂ的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后打到照相底片Ｄ上，求：（１）求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率（２）求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑5、質(zhì)譜儀第三十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日偏轉(zhuǎn)：質(zhì)譜儀最初是由湯姆生的學(xué)生阿斯頓設(shè)計(jì)的，他用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了氖20和氖22，證實(shí)了同位素的存在?，F(xiàn)在質(zhì)譜儀已經(jīng)是一種十分精密的儀器，是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具。加速：qU=mv2/2又R=mv/qB可見(jiàn)，此儀器可以用來(lái)測(cè)定帶電粒子的荷質(zhì)比,也可以在已知電量的情況下測(cè)定粒子質(zhì)量，這樣的儀器叫質(zhì)譜儀。第三十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日···············UqSS1xPB

例：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第三十九頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日以下的兩種裝置都可以用來(lái)測(cè)定帶電粒子的荷質(zhì)比.也可以在已知電量的情況下測(cè)定粒子質(zhì)量。⑴帶電粒子質(zhì)量m,電荷量q,由電壓U加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),設(shè)軌道半徑為r,則有荷質(zhì)比：NUOMB可得第四十頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日⑵帶電粒子質(zhì)量m,電荷量q,以速度v穿過(guò)速度選擇器(電場(chǎng)強(qiáng)度E，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1),垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng).設(shè)軌道半徑為r,則有荷質(zhì)比：MB2EB1NqE=qvB1可得：第四十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日改進(jìn)的質(zhì)譜儀原理如圖所示，a為粒子加速器，電壓為U1；b為速度選擇器，磁場(chǎng)與電場(chǎng)正交，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，板間距離為d；c為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2。今有一質(zhì)量為m、電量為+e的正電子(不計(jì)重力)，經(jīng)加速后，該粒子恰能通過(guò)速度選擇器，粒子進(jìn)入分離器后做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。求：(1)粒子的速度v為多少？(2)速度選擇器的電壓U2為多少？(3)粒子在B2磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R為多大？第四十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日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）、直線加速器第四十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日由動(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．1966年建成的美國(guó)斯坦福電子直線加速器管長(zhǎng)3050米，電子能量高達(dá)22吉電子伏，脈沖電子流強(qiáng)約80毫安，平均流強(qiáng)為48微安。第四十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日加利佛尼亞斯坦福大學(xué)的粒子加速器

直線加速器占地太大，能不能讓它小一點(diǎn)？第四十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日1932年，美國(guó)物理學(xué)家勞侖斯發(fā)明了回旋加速器，從而使人類在獲得具有較高能量的粒子方面邁進(jìn)了一大步．為此，勞侖斯榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．（二）.回旋加速器第四十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日如圖，回旋加速器的核心部分為D形盒，它的形狀有如扁圓的金屬盒沿直徑剖開(kāi)的兩半，每半個(gè)都象字母"D"的形狀。兩D形盒之間留有窄縫，中心附近放置離子源（如質(zhì)子、氘核或α粒子源等）。在兩D形盒間接上交流電源于是在縫隙里形成一個(gè)交變電場(chǎng)。由于電屏蔽效應(yīng)，在每個(gè)D形盒的內(nèi)部電場(chǎng)很弱。D形盒裝在一個(gè)大的真空容器里，整個(gè)裝置放在巨大的電磁鐵兩極之間的強(qiáng)大磁場(chǎng)中，這磁場(chǎng)的方向垂直于D形盒的底面。第四十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日組成:①兩個(gè)D形盒②大型電磁鐵③高頻交流電源電場(chǎng)作用：用來(lái)加速帶電粒子磁場(chǎng)作用：用來(lái)使粒子回旋從而能被反復(fù)加速第四十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日回旋加速器V0V1V2V3V4V51、粒子每經(jīng)過(guò)一個(gè)周期，電場(chǎng)加速幾次？電場(chǎng)是恒定的還是周期變化的？帶電粒子在兩D形盒中回旋周期跟兩盒狹縫之間高頻電場(chǎng)的變化周期有何關(guān)系？3、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)2、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：?EK=qU

所有各次半徑之比為：1::第四十九頁(yè)，共五十六頁(yè)，2022年，8月28日回旋加速器V0