3.6《洛伦兹力与现代技术》.ppt

3.6 洛伦兹力与现代技术;;;案例1：已知氢核与氦核的质量之比m1∶m2=1∶4，电量之比q1∶q1=1∶2。 （1）当氢核与氦核以相同的速度，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=______。 （2）若它们以相同的动能射入磁场后，其半径之比r1∶r2=______，周期之比T1∶T2=______;C．A 带负电，B 带正电，qA＝;带负电；由 R＝;一、速度选择器的工作原理 ; 分析：电荷进入电场，受垂直向下的电场力作用而偏转，若使它不发生偏转，电荷受所加磁场的洛仑兹力方向一定与电场力方向相反，根据左手定则和洛仑兹力方向确定磁场方向：垂直纸面、背向读者，如图所示。 ; 说明：若我们在该装置前后各加一块挡板，让电量相同的不同速度的带电粒子从前边挡板中小孔射入，经过匀强电场和磁场，只有其运动速度刚好满足f洛=F电的粒子运动轨迹不发生偏转，从第二块挡板上小孔中射出。改变匀强电场或匀强磁场的大小，就可以得到不同速度的带电粒子。这个装置就叫做速度选择器 （v=E/B） ;二、磁偏转与显像管;三、质谱仪;质谱仪主要用于分析同位素， 测定其质量， 荷质比和含量比 ; (1)速度选择部分：路径不发生偏转的离子的条件是Eq=Bqv，即v=E/B.能通过速度选择器的带电粒子必是速度为该值的粒子，与它带多少电和电性、质量均无关. (2)质谱仪部分：经过速度选择器后的相同速率的不同离子在右侧的偏转磁场中做匀速圆周运动，不同荷质比的离子轨道半径不同.P位置为照相底片记录粒子的位置.（能求出x吗？x与哪些因素有关？）;原理：; 【例2】在图中所示的质谱仪中，速度选择器部分的匀强电场场强E=1.2×105V/m，匀强磁场的磁感应强度为B=0.6T.偏转分离器的磁感应强度为B′=0.8T.求：(1)能通过速度选择器的粒子速度多大?(2)质子和氘核进入偏转分离器后打在照相底片上的距离d为多少?(质子质量为m); 【解析】粒子通过速度选择器时，所受电场力和磁场力方向相反、大小相等，粒子可匀速穿过速度选择器.由于质子和氘核以相同速度进入磁场后，做圆周运动的半径不同，打在以不同的条纹上，本质上来讲，也就是带电粒??在复合场中的运动，该类问题的关键是连接点的速度.; (1)能通过速度选择器的离子所受电场力和洛伦兹力相等且反向. 即eBv=eE v=E/B=2×１０5m/s (2)粒子进入磁场B′后做圆周运动，洛伦兹力提供向心力. eB′v=mv2/R R=mv/B′e 设质子质量为m，则氘核质量为2m 质子d=5×１０５m/e 氘核d=1×106m/e;有强度为 B0 的匀强磁场．下列表述正确的是(　　) 图 3－6－6;A．质谱仪是分析同位素的重要工具 B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里;，所以 ＝ m B0 R;【触类旁通】 2．如图 3－6－7 所示为质谱仪的原理图，A 为粒子加速器； B 为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为 B1，其两板 间的电压为 U2，距离为 d；C 为偏转分离器，磁感应强度为 B2. 现有一质量为 m、电荷量为 q 的正离子经加速后，恰好通过速 度选择器，进入分离器后做半径为 R 的匀 速圆周运动，求： (1)离子进入偏转分离器的速度 v； (2)离子加速器的电压 U1； (3)离子在 B2 磁场中做匀速圆周运; mU2 qB1B2d;四、回旋加速器 回旋加速器的主要特征. ①带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，与带电粒子的速度无关；②将带电粒子在两盒狭缝之间的运动首尾连起来是一个初速为0的匀加速直线运动；③带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，所有经过半径之比为1∶　∶　　∶……(这可由学生自己证明)，对于同一回旋加速器，其粒子回旋的最大半径是相同的，解题时务必引起注意.;;四、回旋加速器;1．基本构造 回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两个D形的金属扁盒，其基本组成为：①粒子源；②两个D形金属盒；③匀强磁场；④高频电源；⑤粒子引出装置； 2．工作原理： (1)电场加速 qU＝△Ek (2)磁场约束偏转 ;问题1．决定被加速粒子最终能量的因素是什么？E?B? 由于D形盒的半径R一定，不管粒子的大小及带电量如何，粒子最终射出时应具有相同的旋转半径，由牛顿第二定律得 ; 问题2．决定带电粒子在回旋加速器内运动时间长短的因素 ？;问题3：能否无限制地回旋加速。 由于相对论效应，当带电粒子速率接近光速