第3章第6节洛伦兹力和现代技术-副本技巧.ppt

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第六节 洛伦兹力与现代技术;一、带电粒子在匀强磁场中的运动 1.当v平行于B时:f=0,匀速直线运动. 2.当v垂直于B时:洛伦兹力f起向心力的作用,粒子将做匀速圆周运动(如图3-6-4所示.) 粒子运动的轨道半径r和周期T: 由f=F向得: qvB=mv2/r 得粒子运动的轨道半径: r=mv/qB 由T=2πr/v得:T=2πm/Bq.;1.已知氢核与氦核的质量之比m1∶m2=1∶4,电荷量之比q1∶q2=1∶2,当氢核与氦核以v1∶v2=4∶1的速度,垂直于磁场方向射入磁场后,分别做匀速圆周运动,则氢核与氦核半径之比r1∶r2=________,周期之比T1∶T2=________.;二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的分析 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的问题,要求我们能正确地分析、解决.特别是带电粒子在有界磁场中的运动,更为重要.这类问题,重要的是画轨迹,找圆心和求半径,然后再利用圆的知识、牛顿第二定律等进一步求解. 1.找圆心、求半径 (1)圆心的确定 一个最基本的思路是:圆心一定在与速度方向垂直的直线上,举例如下:;①已知入射方向和出射方向时,可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线,两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图3-6-5所示,图中P为入射点,M为出射点).;②已知入射方向和出射点的位置时,可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其中垂线,这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图3-6-6所示,P为入射点,M为出射点).;(2)几个有关的角及其关系 如图3-6-7所示,粒子做匀速圆周运动时,φ为粒子速度的偏向角,粒子与圆心的连线转过的角度α为回旋角(或圆心角),AB弦与切线的夹角θ为弦切角,它们的关系为:φ=α=2θ.;特别提醒:在不同边界的磁场中运动的几种轨迹如图3-6-8所示.(如何找圆心?);2.如图3-6-9所示,一束电子(电荷量为e)以速度v垂直射入磁感应强度为B,宽度为d的匀强磁场中,穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30°,则电子的质量是________,穿透磁场的时间是________.; 如图所示,虚线圆所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B.一束电子沿圆形区域的直径方向以速度v射入磁场,电子束经过磁场区域后,其运动方向与原入射方向成θ角.设电子的质量为m,电荷量为e,不计电子之间的相互作用力及电子所受的重力.求: (1)电子在磁场中运动轨迹的半径R; (2)电子在磁场中运动的时间t; (3)圆形磁场区域的半径r.;图3-6-12;变式训练如图所示,一带电量为q=+2×10-9C、质量为m=1.8×10-16kg的粒子,在直线上一点O处沿与直线成30°角的方向垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,经历t=1.5×10-6s后到达直线上另一点P.求: (1)粒子做圆周运动的周期T; (2)磁感应强度B的大小; (3)若OP的距离为0.1 m,则粒子的运动速度v多大?;二、质谱仪 同位素是____________、 ____________的原子.由于同位素的化学性质相同,不能用化学方法加以区分,可以采用物理方法.质谱仪常用来研究物质的同位素. 1.用途:测定带电粒子的______和______;2.构造:质谱仪的结构如图3-6-2所示,带电粒子经过S1和S2之间的电场加速后,进入P1、P2之间的区域.P1、P2之间存在着互相正交的磁感应强度为B1的匀强磁场和电场强度为E的匀强电场,只有在这一区域内不改变运动方向的粒子才能顺利通过S0上的狭缝,进入磁感应强度为B2的匀强磁场区域.在该区域内带电粒子做________运动,打在照相底片上,留下印迹A1、A2.;3.原理:带电粒子在加速电场中加速获得速度,且以此速度进入P1、P2之间的区域,因P1、P2之间存在着互相正交的磁感应强度为B1的匀强磁场和电场强度为E的匀强电场,是速度选择器,所以只有 满足______的粒子才能做匀速直线运动通过S0上的狭缝. 带电粒子以速度v进入磁感应强度为B2的匀强磁场区域,只受洛伦兹力作用,做匀速圆周运动,运动 半径r= ,由以上两式消去v,得=__________.;在这些量中v、B、r可直接测量,故可利用该装置__________,若测出q则可求出质量m. 质谱仪是汤姆生的学生______发明的,他因发明质谱仪和发现非放射性元素的同位素等贡献而获得1922年诺贝尔化学奖.;三、回旋加速器 1.加速器是使带电粒子获得高能量的装置.____年美国加利福尼亚州伯克利加州大学的______制成了世界上第一台回旋加速器,其真空室的直径只有10.2 cm,此后不断改进又制成了实用的回旋加速器.他因为发明

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