洛伦兹力的应用.pptVIP

C5洛伦兹力的应用一、利用磁场控制带电粒子的运动设真空条件下，匀强磁场限定在一个圆形区域内，该圆形的半径为r，磁感应强度大小为B，方向如图3-5-1所示。一个初速度大小为v0带电粒子（m,q），沿磁场区域的直径方向从P点射入磁场，粒子在洛伦兹力作用下，在磁场中以半径为R绕O点做匀速圆周运动，从Q点射出磁场时，速度大小仍是v0，但速度方向已发生了偏转。设粒子射出磁场时的速度方向与射入磁场时相比偏转了θ角，由图中所示的几何关系可以看出式中匀速圆周运动的半径,所以上式可写为可见，对于一定的带电粒子（m,q一定），可以通过调节B和v0大小来控制粒子的偏转角度θ.利用磁场控制粒子的运动方向的特点是：只改变带电粒子的运动方向，不改变带电粒子的速度大小。例1.如图所示，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.穿过磁场时速度方向与电子原来射入方向的夹角是30°，则电子的质量为，穿过磁场的时间是.分析：本题已知轨迹上两点的速度方向即轨迹的切线方向，就可以确定圆心的位置，再由此解出半径.解：因为速度方向改变30°，因此此段轨迹所对应的圆心角为30°，如图所示，由几何关系可得：半径R=2d再由半径公式可以求出电子的质量穿过磁场的时间.【答案】【点评】由速度方向的改变确定圆心角的大小是解本题的第一个关键点，通过解直角三角形求出半径R是解本题的第二个关键点.例2.垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为d的条形区域内，磁感应强度为B．一个质量为m、电量为q的粒子以一定的速度垂直于磁场边界方向从α点垂直飞入磁场区，如图所示，当它飞离磁场区时，运动方向偏转θ角．试求粒子的运动速度v以及在磁场中运动的时间t．二、质谱仪电荷量、质量是带电粒子的两个最基本的参量，带电粒子的电荷量与质量之比，叫做比荷（也叫荷质比）荷质比的测定对研究带电粒子的组成和结构具有重大意义.测定带电粒子荷质比的仪器叫做质谱仪（massspectrometer）如图3-5-3质谱仪的原理图1.测定荷质比的装置：B2B1A：电离室：S1—S2：加速电场S2—S3：速度选择器B1：匀强磁场B2：匀强磁场D：照相底片2.测定荷质比的装置——质谱仪（由阿斯顿发明）质谱仪在化学分析、原子核技术中有重要应用。例如，利用质谱仪可检测化学物质或核物质中的同位素和不同成分，阿斯顿于1922年获诺贝尔化学奖。讨论与交流1.在S1、S2之间粒子作什么运动？2.粒子经S2进入并能从S3穿出，则在这之间作什么运动？3.粒子在S2、S3之间受到几个力？（重力不计）4.作匀速直线运动的条件是什么？5.通过分析则进入B2区的粒子的速度的大小?式中的E、B1、B2和L都可以预先设定或实验测定，则带电粒子的荷质比也就测出来了.S2、S3间：带电粒子所受电场力与洛伦兹力平衡，粒子沿直线S2、S3进入B2区，即在B2区，粒子做圆周运动发生偏转化简解得：理论分析：拓展1.速度选择器速度选择:由qE=qvB得,只有满足的粒子才能从速度选择器中被选择出来.特点:速度选择器只选择速度(大小、方向)而不选择粒子的质量和电荷量,若粒子从另一侧入射则不能穿出速度选择器.例3.图中MN表示真空室中垂直于纸面的平板，它的一侧有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B。一带电粒子从平板上的狭缝O处以垂直于平板的初速v射入磁场区域，最后到达平板上的P点。已知B、v以及P到O的距离l．不计重力,求此粒子的电荷q与质量m之比。POMNBvl解：粒子初速v垂直于磁场，粒子在磁场中受洛伦兹力而做匀速圆周运动，设其半径为R，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律，有qvB=mv2/R因粒子经O点时的速度垂直于OP．故OP是直径，l=2R由此得q/m=2v／Bl三、高能物理研究重要装置——加速器应用实例流程图:低速轻核高速轻核钴核中子γ新核重核肿瘤汽化镍核2．回旋加速器1．直线加速器1.加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，qU=?Ek