洛倫茲力的應(yīng)用使用

洛倫茲力的應(yīng)用使用第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日（一）、速度選擇器

1、若帶電粒子帶負(fù)電，會不會影響速度選擇器對速度的選擇？

2、若把磁場或電場反向，會不會影響速度選擇器對速度的選擇？

3、若把磁場和電場同時反向，會不會影響速度選擇器對速度的選擇？

洛倫茲力的應(yīng)用（速度選擇器）【討論與交流】第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日（二）、荷質(zhì)比(比荷)的測定、質(zhì)譜儀1.荷質(zhì)比(比荷)的概念：帶電粒子的電荷與質(zhì)量之比。它是帶電粒子的基本參量。

2.測定荷質(zhì)比的裝置：

A：電離室:S1—S2：加速電場

B：勻強(qiáng)磁場

D：照相底片

3.測定荷質(zhì)比的裝置――質(zhì)譜儀（最初由湯姆生發(fā)現(xiàn)的）。洛倫茲力的應(yīng)用（質(zhì)譜儀）rx第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日洛倫茲力的應(yīng)用（質(zhì)譜儀）【討論與交流】質(zhì)子和粒子以相同的動能垂直進(jìn)入同一磁場,它們能分開嗎?第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日

1931年，加利福尼亞大學(xué)的勞倫斯提出了一個卓越的思想，通過磁場的作用迫使帶電粒子沿著磁極之間做螺旋線運(yùn)動,把長長的電極像卷尺那樣卷起來，發(fā)明了回旋加速器，第一臺直徑為27cm的回旋加速器投入運(yùn)行，它能將質(zhì)子加速到1Mev。

1939年勞倫斯獲諾貝爾物理獎。第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日U回旋加速器（洛倫茲力的應(yīng)用）第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日問題A2A1A3A4第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日洛倫茲力的應(yīng)用（回旋加速器）【討論與交流】1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動時,如果速率v增大引起半徑r增大,其運(yùn)動周期T是否變化?2、為了使帶電粒子每次經(jīng)過兩D形盒的間隙時,恰能受到電場力作用且被加速,高頻電源的周期應(yīng)符合什么條件?3、設(shè)回旋加速器D形盒的半徑為R,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則該回旋加速器最多可以將質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子加速到多大的速度?周期T=2pm/qB與速率和半徑無關(guān)，即T不變．應(yīng)使高頻電源的頻率與粒子做勻速圓周運(yùn)動的頻率相同．當(dāng)粒子做勻速圓周運(yùn)動的最大半徑等于D形盒的半徑時，粒子的速度達(dá)到最大：Vmax=qBR/m.第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日如果盡量增強(qiáng)回旋加速器的磁場或加大D形盒半徑，我們是不是就可以使帶電粒子獲得任意高的能量嗎？思考：

根據(jù)愛因斯坦的相對論原理，當(dāng)帶電粒子的速度接近于光速時，運(yùn)動粒子的質(zhì)量不斷變大，就破壞了回旋加速器的工作條件，粒子就不能一直被加速．第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日_+++++++++++++------------燃燒室發(fā)電通道燃料和氧化劑磁流體發(fā)電機(jī)等離子體_+第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日絕緣材料V++++++------第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日電磁流流量計絕緣材料++++++------abcV第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日例：假設(shè)流量計是如圖所示的一段非磁性材料制成的圓柱形的管道，相關(guān)參量如圖所示，內(nèi)徑為D，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求：若管壁上a、b兩點(diǎn)間電勢差為U，求流量Q。第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日絕緣材料++++++------abc_+霍爾效應(yīng)第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日帶電體在復(fù)合場中的運(yùn)動第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日帶電粒子在電場磁場中的運(yùn)動帶電粒子在電場中的運(yùn)動直線運(yùn)動：如用電場加速或減速粒子帶電粒子在磁場中的運(yùn)動直線運(yùn)動（當(dāng)帶電粒子的速度與磁場平行時）帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動直線運(yùn)動：偏轉(zhuǎn)：類似平拋運(yùn)動，一般分解成兩個分運(yùn)動求解圓周運(yùn)動：以點(diǎn)電荷為圓心運(yùn)動或受裝置約束運(yùn)動圓周運(yùn)動（當(dāng)帶電粒子的速度與磁場垂直時）螺旋狀的運(yùn)動(當(dāng)帶電粒子的速度與磁場成一定角度時)圓周運(yùn)動：一般的曲線運(yùn)動第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日平衡狀態(tài)例1:在真空中,勻強(qiáng)電場E的方向豎直向下，勻強(qiáng)磁場B的方向垂直紙面向里,三個油滴a、b、c帶有等量同種電荷，已知a靜止，b以v向右勻速運(yùn)動，c以v向左勻速運(yùn)動，試比較它們的質(zhì)量：

ma

、mb、

mc的關(guān)系

EB第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日直線運(yùn)動例2:質(zhì)量為m,帶電量為q的液滴以速度v沿與水平成45角斜向上進(jìn)入正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場疊加區(qū)域,電場強(qiáng)度方向水平向右，磁場方向垂直紙面向里,液滴在重力、電場力及磁場力共同作用下在場區(qū)做勻速直線運(yùn)動,問:①液滴帶什么電?電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B各多大？②當(dāng)液滴運(yùn)動到某一點(diǎn)A時,電場方向突然變?yōu)樨Q直向上,大小不改變，此時液滴加速度a多大？此后液滴做什么運(yùn)動？45第20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日例3．一個帶電微粒在圖示的正交勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中在豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動。則該帶電微粒必然帶_____，旋轉(zhuǎn)方向為_____。若已知圓半徑為r，電場強(qiáng)度為E磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則線速度為_____。

BE負(fù)電，

帶電微粒在三個場共同作用下做勻速圓周運(yùn)動。必然是電場力和重力平衡，而洛倫茲力充當(dāng)向心力！逆時針，v=qBr/m=gBr/E圓周運(yùn)動第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日例4.

如圖所示,一對豎直放置的平行金屬板長為L,板間距離為d,接在電壓為U的電源上,板間有一與電場方向垂直的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.有一質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的油滴，從離平行板上端h高處由靜止開始自由下落，由兩板正中央p點(diǎn)處進(jìn)入電場和磁場空間，油滴在p點(diǎn)所受電場力和磁場力恰好平衡，最后油滴從一塊極板的邊緣D處離開電場和磁場空間；求：（1）高度h為多少？（2）油滴在D點(diǎn)時的速度大小。一般曲線運(yùn)動第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日例5．質(zhì)量為m帶電量為q的小球套在豎直放置的絕緣桿上，球與桿間的動摩擦因數(shù)為μ。勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場的方向如圖所示，電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。小球由靜止釋放后沿桿下滑。設(shè)桿足夠長，電場和磁場也足夠大，求運(yùn)動過程中小球的最大加速度和最大速度。EBqEqvBmgfN最大加速度為g，此時有：qvB=qE，N=0，f=0當(dāng)摩擦力和重力大小相等時，小球速度達(dá)到最大臨界問題第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日問題：若將磁場反向，其余條件不變。最大加速度和最大速度又各是多少？何時出現(xiàn)？開始的加速度最大為摩擦力等于重力時速度最大，為EBqEqvBmgfN第24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日帶電體在復(fù)合場中的運(yùn)動1、帶電粒子在電場、磁場、重力場中的運(yùn)動，簡稱帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動，一般具有較復(fù)雜的運(yùn)動圖景。這類問題本質(zhì)上是一個力學(xué)問題，應(yīng)順應(yīng)力學(xué)問題的研究思路和運(yùn)用力學(xué)的基本規(guī)律。◆分析帶電粒子在電場、磁場中運(yùn)動，主要是兩條線索：⑴力和運(yùn)動的關(guān)系。根據(jù)帶電粒子所受的力，運(yùn)用牛頓第二定律并結(jié)合運(yùn)動學(xué)規(guī)律求解。⑵功能關(guān)系。根據(jù)場力及其它外力對帶電粒子做功引起的能量變化或全過程中的功能關(guān)系，從而可確定帶電粒子的運(yùn)動情況，這條線索不但適用于均勻場，也適用于非均勻場。因此要熟悉各種力做功的特點(diǎn)。◆帶電體在復(fù)合場中受力情況復(fù)雜運(yùn)動情況多變，往往出現(xiàn)臨界問題，應(yīng)以題中“最大”、“最高”、“至少”等詞語為突破口，挖掘隱含條件，根據(jù)臨界條件列出輔助方程，再與其它方程聯(lián)立求解。第25頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日帶電粒子在電場磁場中的運(yùn)動帶電粒子在電場中的運(yùn)動直線運(yùn)動：如用電場加速或減速粒子帶電粒子在磁場中的運(yùn)動直線運(yùn)動（當(dāng)帶電粒子的速度與磁場平行時）帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動直線運(yùn)動：垂直運(yùn)動方向的力必定平衡偏轉(zhuǎn)：類似平拋運(yùn)動，一般分解成兩個分運(yùn)動求解圓周運(yùn)動：以點(diǎn)電荷為圓心運(yùn)動或受裝置約束運(yùn)動圓周運(yùn)動（當(dāng)帶電粒子的速度與磁場垂直時）螺旋狀的運(yùn)動(當(dāng)帶電粒子的速度與磁場成一定角度時)圓周運(yùn)動：重力與電場力一定平衡，由洛倫茲力提供向心力一般的曲線運(yùn)動第26頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日亥姆霍茲線圈