洛倫茲力的應(yīng)用使用ppt課件

1、莆田一中莆田一中 李真李真洛倫茲力的運用速度選擇器洛倫茲力的運用速度選擇器【討論與交流】【討論與交流】洛倫茲力的運用質(zhì)譜儀洛倫茲力的運用質(zhì)譜儀rx洛倫茲力的運用質(zhì)譜儀洛倫茲力的運用質(zhì)譜儀【討論與交流】【討論與交流】質(zhì)子和質(zhì)子和 粒子以一樣的動能垂直進(jìn)入同一磁場粒子以一樣的動能垂直進(jìn)入同一磁場,它們能分開嗎它們能分開嗎? 1931 1931年，加利福尼亞大學(xué)的勞年，加利福尼亞大學(xué)的勞 倫斯提出了一個杰出的思想，通倫斯提出了一個杰出的思想，通過磁場的作用迫使帶電粒子沿著過磁場的作用迫使帶電粒子沿著 磁極之間做螺旋線運動磁極之間做螺旋線運動, ,把長長把長長 的電極像卷尺那樣卷起來，發(fā)明的電極像卷尺

2、那樣卷起來，發(fā)明 了盤旋加速器，第一臺直徑為了盤旋加速器，第一臺直徑為27cm27cm的盤旋的盤旋 加速器投入運轉(zhuǎn)，它能將質(zhì)子加速器投入運轉(zhuǎn)，它能將質(zhì)子 加速到加速到1Mev1Mev。 1939 1939年勞倫斯獲諾貝爾年勞倫斯獲諾貝爾 物理獎。物理獎。U盤旋加速器洛倫茲力的運用盤旋加速器洛倫茲力的運用問題問題A2A1A3A4洛倫茲力的運用盤旋加速器洛倫茲力的運用盤旋加速器【討論與交流】【討論與交流】2、為了使帶電粒子每次經(jīng)過兩、為了使帶電粒子每次經(jīng)過兩D形盒的間隙時形盒的間隙時,恰能恰能遭到電場力作用且被加速遭到電場力作用且被加速,高頻電源的周期應(yīng)符合高頻電源的周期應(yīng)符合什么條件什么條件?3

3、、設(shè)盤旋加速器、設(shè)盤旋加速器D形盒的半徑為形盒的半徑為R,勻強(qiáng)磁場的磁感勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為應(yīng)強(qiáng)度為B,那么該盤旋加速器最多可以將質(zhì)量為那么該盤旋加速器最多可以將質(zhì)量為m、電荷量為電荷量為q的帶電粒子加速到多大的速度的帶電粒子加速到多大的速度?周期周期T=2pm/qB與速率和半徑無關(guān)，即與速率和半徑無關(guān)，即T不變不變應(yīng)使高頻電源的頻率與粒子做勻速圓周運動的頻率一樣應(yīng)使高頻電源的頻率與粒子做勻速圓周運動的頻率一樣當(dāng)粒子做勻速圓周運動的最大半徑等于當(dāng)粒子做勻速圓周運動的最大半徑等于D形盒的半徑時，粒子形盒的半徑時，粒子的速度到達(dá)最大：的速度到達(dá)最大：Vmax=qBR/m. 假設(shè)盡量加強(qiáng)盤旋加速器

4、的磁假設(shè)盡量加強(qiáng)盤旋加速器的磁場或加大場或加大D形盒半徑，我們是不是就形盒半徑，我們是不是就可以使帶電粒子獲得恣意高的能量可以使帶電粒子獲得恣意高的能量嗎？嗎？ 思索：思索：根據(jù)愛因斯坦的相對論原理，當(dāng)帶電粒子的速度根據(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，運動粒子的質(zhì)量不斷變大，就破壞了接近于光速時，運動粒子的質(zhì)量不斷變大，就破壞了盤旋加速器的任務(wù)條件，粒子就不能不斷被加速盤旋加速器的任務(wù)條件，粒子就不能不斷被加速EB_+ + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - -熄滅室熄滅室 發(fā)電通道發(fā)電通道燃料和氧化劑燃料和氧化劑磁流體發(fā)電機(jī)磁

5、流體發(fā)電機(jī)等離子體等離子體_+RBQQ=vS流量（）：單位時間內(nèi)通過管道某一截面的液體體積。即。vU/Bd絕緣資料絕緣資料BdVU+-當(dāng)管道內(nèi)陰、陽離子運動穩(wěn)定時，管道中流體的流速為：電磁流流量計電磁流流量計UabcQ= 若測出上、下兩極板間的電壓為 ，管道的長、寬、高分別是 、 、 ，則液體的流量為：絕緣資料絕緣資料+-abcVUc/BabDB例：假設(shè)流量計是如下圖的一段非磁性資料制成的例：假設(shè)流量計是如下圖的一段非磁性資料制成的 圓柱形的管道，相關(guān)參量如下圖，內(nèi)徑為圓柱形的管道，相關(guān)參量如下圖，內(nèi)徑為D D， 磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B，求：，求： 假設(shè)管壁上假設(shè)管壁上a a、b b兩

6、點間電勢差為兩點間電勢差為U U，求流量，求流量Q Q。絕緣資料絕緣資料+-abcB_+霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)IB帶電粒子帶電粒子在電場磁在電場磁場中的運場中的運動動帶 電 粒帶 電 粒子 在 電子 在 電場 中 的場 中 的運動運動直線運動：如用電場加速或減速粒子直線運動：如用電場加速或減速粒子帶 電 粒帶 電 粒子 在 磁子 在 磁場 中 的場 中 的運動運動直線運動當(dāng)帶電粒子的速度與磁直線運動當(dāng)帶電粒子的速度與磁場平行時場平行時帶 電 粒帶 電 粒子 在 復(fù)子 在 復(fù)合 場 中合 場 中的運動的運動直線運動：直線運動：偏轉(zhuǎn)：類似平拋運動，普通分解成兩偏轉(zhuǎn)：類似平拋運動，普通分解成兩 個分運動求

7、解個分運動求解圓周運動：以點電荷為圓心運動或受圓周運動：以點電荷為圓心運動或受安裝約束運動安裝約束運動圓周運動當(dāng)帶電粒子的速度與磁場圓周運動當(dāng)帶電粒子的速度與磁場垂直時垂直時螺旋狀的運動螺旋狀的運動(當(dāng)帶電粒子的速度與磁當(dāng)帶電粒子的速度與磁場成一定角度時場成一定角度時)圓周運動：圓周運動：普通的曲線運動普通的曲線運動例例3一個帶電微粒在圖示的正交勻強(qiáng)電場和勻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)做勻速圓周運動。那么該強(qiáng)磁場中在豎直面內(nèi)做勻速圓周運動。那么該帶電微粒必然帶帶電微粒必然帶_，旋轉(zhuǎn)方向為，旋轉(zhuǎn)方向為_。假。假設(shè)知圓半徑為設(shè)知圓半徑為r，電場強(qiáng)度為，電場強(qiáng)度為 E 磁感

8、應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B，那么線速度為那么線速度為_。 BE負(fù)電，負(fù)電， 帶電微粒在三個場共同作用下做帶電微粒在三個場共同作用下做勻速圓周運動。必然是電場力和重力勻速圓周運動。必然是電場力和重力平衡，而洛倫茲力充任向心力平衡，而洛倫茲力充任向心力 ！逆時針，逆時針，v = qBr/m = gBr/E例例4. 如下圖如下圖,一對豎直放置的平行金屬板一對豎直放置的平行金屬板長為長為L,板間間隔為板間間隔為d,接在電壓為接在電壓為U的電源的電源上上,板間有一與電場方向垂直的勻強(qiáng)磁場，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)量為有

9、一質(zhì)量為m、帶電荷量為、帶電荷量為+q的油滴，的油滴，從離平行板上端從離平行板上端h高處由靜止開場自在下高處由靜止開場自在下落，由兩板正中央落，由兩板正中央p點處進(jìn)入電場和磁場點處進(jìn)入電場和磁場空間，油滴在空間，油滴在p點所受電場力和磁場力恰點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好平衡，最后油滴從一塊極板的邊緣D處處分開電場和磁場空間；求：分開電場和磁場空間；求：1高度高度h為多少？為多少？2油滴在油滴在D點時的速度大小。點時的速度大小。例例5質(zhì)量為質(zhì)量為 m 帶電量為帶電量為 q 的小球套在豎直放置的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)為絕緣桿上，球與桿間的動摩

10、擦因數(shù)為。勻強(qiáng)電場。勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場的方向如下圖，電場強(qiáng)度為和勻強(qiáng)磁場的方向如下圖，電場強(qiáng)度為 E，磁感應(yīng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為強(qiáng)度為 B。小球由靜止釋放后沿桿下滑。設(shè)桿足夠。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，長，電場和磁場也足夠大， 求運動過程中小球的求運動過程中小球的最大加速度和最大速度。最大加速度和最大速度。 EBqEqvBmgfN最大加速度為最大加速度為 g，此時有：，此時有：qvB=qE，N=0，f=0當(dāng)摩擦力和重力大小相等時，當(dāng)摩擦力和重力大小相等時，小球速度到達(dá)最大小球速度到達(dá)最大 BEqBmgv臨界問題臨界問題問題：假設(shè)將磁場反向，其他條件不變。最大加速問題：

11、假設(shè)將磁場反向，其他條件不變。最大加速度和最大速度又各是多少？何時出現(xiàn)？度和最大速度又各是多少？何時出現(xiàn)？mEqgaBEBqmgv開場的加速度最大為開場的加速度最大為摩擦力等于重力時速度最大，為摩擦力等于重力時速度最大，為EBqEqvBmgfN帶電體在復(fù)合場中的運動帶電體在復(fù)合場中的運動1 1、帶電粒子在電場、磁場、重力場中的運動，簡稱帶電粒子在、帶電粒子在電場、磁場、重力場中的運動，簡稱帶電粒子在復(fù)合場中的運動，普通具有較復(fù)雜的運動圖景。這類問題本質(zhì)復(fù)合場中的運動，普通具有較復(fù)雜的運動圖景。這類問題本質(zhì)上是一個力學(xué)問題，應(yīng)順應(yīng)力學(xué)問題的研討思緒和運用力學(xué)的上是一個力學(xué)問題，應(yīng)順應(yīng)力學(xué)問題的研

12、討思緒和運用力學(xué)的根本規(guī)律。根本規(guī)律。分析帶電粒子在電場、磁場中運動，主要是兩條線索：分析帶電粒子在電場、磁場中運動，主要是兩條線索：力和運動的關(guān)系。根據(jù)帶電粒子所受的力，運用牛頓第二定力和運動的關(guān)系。根據(jù)帶電粒子所受的力，運用牛頓第二定律并結(jié)合運動學(xué)規(guī)律求解。律并結(jié)合運動學(xué)規(guī)律求解。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動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動情況，這條線索不但適用于均勻場，也適用于非均勻場。因情況，這條線索不但適用于均勻場，也適用于非均勻場。因此要熟

13、習(xí)各種力做功的特點。此要熟習(xí)各種力做功的特點。帶電體在復(fù)合場中受力情況復(fù)雜運動情況多變，往往出現(xiàn)臨帶電體在復(fù)合場中受力情況復(fù)雜運動情況多變，往往出現(xiàn)臨界問題，應(yīng)以題中界問題，應(yīng)以題中“最大、最大、“最高、最高、“至少等詞語為突破口，至少等詞語為突破口，發(fā)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)發(fā)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。立求解。帶電粒子帶電粒子在電場磁在電場磁場中的運場中的運動動帶 電 粒帶 電 粒子 在 電子 在 電場 中 的場 中 的運動運動直線運動：如用電場加速或減速粒子直線運動：如用電場加速或減速粒子帶 電 粒帶 電 粒子 在 磁子 在 磁場 中 的場 中 的運動運動直線運動當(dāng)帶電粒子的速度與磁直線運動當(dāng)帶電粒子的速度與磁場平行時場平行時帶 電 粒帶 電 粒子 在 復(fù)子 在 復(fù)合 場 中合 場 中的運動的運動直線運動：垂直運動方向的力必定平衡直線運動：垂直運動方向的力必定平衡偏轉(zhuǎn)：類似平拋運動，普通分解成兩偏轉(zhuǎn)：類似平拋運動，普通分解成兩 個分運動求解個分運動求解圓周運動：以點電荷為圓心運動或受圓周運動：以點電荷為圓心運動或受安裝約束運動安裝約束運動圓周運動當(dāng)帶