《洛倫茲力的應用》(魯科版選修3-1)教育課件

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.,洛倫茲力的應用,.,一、質(zhì)譜儀,1、質(zhì)譜儀是測量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具,2、基本原理,將質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場加速再垂直進入同一勻強磁場，由于粒子動量不同，引起軌跡半徑不同而分開，進而分析某元素中所含同位素的種類,3、推導,,.,1．加速原理：利用加速電場對帶電粒子做正功使帶電粒子的動能增加，qU=?Ek．,2．直線加速器，多級加速 　　　如圖所示是多級加速裝置的原理圖：,二、加速器,（一）、直線加速器,.,由動能定理得帶電粒子經(jīng)n極的電場加速后增加的動能為：,3．直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間范圍內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制．,.,（二）、回旋加速器,1、帶電粒子在兩D形盒中回旋周　　期等于兩盒狹縫之間高頻電場　　的變化周期，粒子每經(jīng)過一個　周期，被電場加速二次,2、將帶電粒子在狹縫之間的運動首尾連接起　來是一個初速度為零的勻加速直線運動,3、帶電粒子每經(jīng)電場加速一次，回旋半徑就增大一次，　 每次增加的動能為 所有各次半徑之比為：,4、對于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半徑是相同的。,5、回旋加速器的出現(xiàn)，使人類在獲得具有較高能量的粒子的方面前進了一  大步，了解其它類型的加速器： 直線加速器、同步加速器、電子感應加速器、串列加速器、電子對撞機等,.,小結：,回旋加速器利用兩D形盒窄縫間的電場使帶電粒子加速，利用D形盒內(nèi)的磁場使帶電粒子偏轉(zhuǎn)，帶電粒子所能獲得的最終能量與B和R有關，與U無關．,.,例1：關于回旋加速器中電場和磁場的作用的敘述，正確的是( ) A、電場和磁場都對帶電粒子起加速作用 B、電場和磁場是交替地對帶電粒子做功的 C、只有電場能對帶電粒子起加速作用 D、磁場的作用是使帶電粒子在D形盒中做勻速圓周運動,CD,.,例2：質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構造原理如圖，離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束(速度可看作為零)，經(jīng)加速電場加速后垂直進入有界勻強磁場，到達記錄它的照相底片P上，設離子在P上的位置到入口處S1的距離為x，可以判斷( ),A、若離子束是同位素，則x越大，離子質(zhì)量越大 B、若離子束是同位素，則x越大，離子質(zhì)量越小 C、只要x相同，則離子質(zhì)量一定相同 D、只要x相同，則離子的荷質(zhì)比一定相同,AD,.,例3：串列加速器是用來產(chǎn)生高能離子的裝置。圖中虛線框內(nèi)為其主體的原理示意圖，其中加速管的中部b處有很高的正電勢U，a、c兩端均有電極接地（電勢為零）?，F(xiàn)將速度很低的負一價碳離子從a端輸入，當離子到達ｂ處時，可被設在ｂ處的特殊裝置將其電子剝離，成為n價正離子，而不改變其速度大小。這些正n價碳離子從c端飛出后進入一與其速度方向垂直的、磁感應強度為B的勻強磁場中，在磁場中做半徑為R的圓周運動。已知碳離子的質(zhì)量為m=2.0×10-26kg，U=7.5×105V，B=0.50T，n=2，基元電荷e=1.6×10-19C，求R。,=0.75m ],,.,解：設碳離子到達b處時的速度為v1， 從c端射出時的速度為v2，由能量關系得： mv12/2=eU， mv22/2= mv12/2+neU， 進入磁場后，碳離子做圓周運動， R=mv2/Bne，得,=0.75m ],,.,三.速度選擇器,在電、磁場中，若不計重力，則：,1.速度選擇器只選擇速度，與電荷的正負無關； 2.注意電場和磁場的方向搭配。,.,,速度選擇器： （1）任何一個正交的勻強磁場和勻強電場組成速度選擇器。 （2）帶電粒子必須以唯一確定的速度 （包括大小、方向）才能勻速（或者說 沿直線）通過速度選擇器。否則將發(fā)生 偏轉(zhuǎn)。即有確定的入口和出口。 （3）這個結論與粒子帶何種電荷、電荷多少都無關。,＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋,－ － － － ― ― ―,v,,若速度小于這一速度，電場力將大于洛倫茲力，帶電粒子向電場力方向偏轉(zhuǎn)，電場力做正功，動能將增大，洛倫茲力也將增大，粒子的軌跡既不是拋物線，也不是圓，而是一條復雜曲線；若大于這一速度，將向洛倫茲力方向偏轉(zhuǎn)，電場力將做負功，動能將減小，洛倫茲力也將減小，軌跡是一條復雜曲線。,.,練習: 在兩平行金屬板間有正交的勻強電場和勻強磁場，一個帶電粒子垂直于電場和磁場方向射入場中，射出時粒子的動能減少了，為了使粒子射出時動能增加，在不計重力的情況下，可采取的辦法是： A.增大粒子射入時的速度 B.減小磁場的磁感應強度 C.增大電場的電場強度 D.改變粒子的帶電性質(zhì),BC,.,四.磁流體發(fā)電機,等離子體 ——即高溫下電離的氣體，含有大量的帶正電荷和負電荷的微粒，總體是電中性的。,.,,,磁流體發(fā)電機,.,五、電磁流量計,,,若管道為其他形狀,如矩形呢?,.,7、霍爾效應,.,例6：圖為一種獲得高能粒子的裝置。環(huán)行區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的、大小可調(diào)節(jié)的均勻磁場。質(zhì)量為m，電量為+q的粒子在環(huán)中做半徑為R的圓周運動。A、B為兩塊中心開有小孔的極板。原來電勢都為零，每當粒子飛經(jīng)A板時，A板電勢升高為+U，B板電勢仍保持為零，粒子在兩板間的電場中得到加速。每當粒子離開B板時，A板電勢又降為零。粒子在電場中一次次加速下動能不斷增大，而半徑不變。 （1）t=0時粒子靜止在A板小孔處，在電場力作用下加速，并繞行第一圈。求　　 粒子繞行n圈回到A板時獲得的總動能EK總 （2）為使粒子始終保持在半徑為R的圓軌道上運動，求粒子繞行第n圈時的磁 感應強度Bn （3）求粒子繞行n圈所需的總時間tn（設極板間距遠小于R）,.,例3：電視機的顯像管中，電子束的偏轉(zhuǎn)是用磁偏轉(zhuǎn)技術實現(xiàn)的。電子束經(jīng)過電壓為U的加速電場后，進入一圓形勻強磁場區(qū)，如圖所示。磁場方向垂直于圓面。磁場區(qū)的中心為O，半徑為r。當不加磁場時，電子束將通過O點而打到屏幕的中心M點。為了讓電子束射到屏幕邊緣P，需要加磁場，使電子束偏轉(zhuǎn)一已知角度θ，此時磁場的磁感應強度B應為多少？,,.,例5： 如圖，兩個共軸的圓筒形金屬電極，外電極接地，其上均勻分布著平行于軸線的四條狹縫ａ、ｂ、ｃ和ｄ，外筒的外半徑為ｒ０，在圓筒之外的足夠大區(qū)域中有平行于軸線方向的均勻磁場，磁感強度的大小為Ｂ。在兩極間加上電壓，使兩圓筒之間的區(qū)域內(nèi)有沿向外的電場。一質(zhì)量為ｍ、帶電量為＋ｑ的粒子，從緊靠內(nèi)筒且正對狹縫ａ的Ｓ點出發(fā)，初速為零。如果該粒子經(jīng)過一段時間的運動之后恰好又回到出發(fā)點Ｓ，則兩電極之間的電壓Ｕ應是多少？（不計重力，整個裝置在真空中）,.,上海自動化儀表廠是上海自動化儀表有限公司是上海上自儀股份控股的子公司，是向國內(nèi)發(fā)行A股，向國外發(fā)行B股的上市公司，是國家大型一級企業(yè)，上海自動化儀表廠DCS公司 www.shsaic.net 上海自動化儀表廠DCS公司“中國500家最大工業(yè)企業(yè)”和“全國工業(yè)企業(yè)技術開發(fā)實力百強”之一，是上海高新技術企業(yè)，連續(xù)多年被上海市人民政府和原機械工業(yè)部授予“優(yōu)秀企業(yè)”稱號 性有發(fā)作了。“不就是些不要的瓶瓶罐罐嗎，有什么好驚嘆的?！避岳驘o奈的扭過頭去，一副我不認識你的樣子。“不，不，不，小茉莉，你的思想太簡單了?！蹦饺萘鑺沃钢切U舊器具說道，“也許現(xiàn)在看來，它們就是一群破銅爛鐵，但只要回到21世紀，它們就能變成不折不扣的金山銀山?！薄安辉S叫小茉莉！”茉莉不知為何突然緊張起來，她有些語無倫次的說道，“我……我明明比你大的?！薄笆裁窗?，原來茉莉你也是個傲嬌……”慕容凌娢裝作若無其事的搖了搖頭，“所以說你帶我來這里干什么？”“百蝶說讓你肉償……”“來真的啊！怎么可以！”慕容凌娢大聲叫道，引來了不少正在干活的女工的注意。面對這么多人好奇的眼神，慕容凌娢第一次覺得有些不好意思?！斑@些群眾的眼神還真是犀利啊……哈哈哈……”慕容凌娢心虛的想要轉(zhuǎn)移話題?！懊髅骶褪悄闾沉??！避岳蛞呀?jīng)恢復了往常那種陰冷的表情?！翱词裁纯?，趕快干活，還想不想吃晚飯了！”一個嚴厲的女聲響起。“喲，這不是茉莉姑娘嗎？怎么，不呆在百蝶樓主身邊，來這種臟亂的地方干什么?！边@女子一臉討好的沖著茉莉笑道。這個女子應該就是這里管事的人了，慕容凌娢上下打量眼前這個人，穿著灰色的布衣，頭發(fā)干練的盤在頭頂用一枝木簪固定住，雖然衣著樸素，但由內(nèi)而外散發(fā)出一種凌厲的氣勢。一看就是那種不好惹的人，還是先套近乎好了。慕容凌娢想到這兒便也是滿臉堆笑?！澳€，我叫白綾?！奔热话俚谌饲岸歼@樣稱呼自己，她也就只好接受了這個化名。“初來乍到，還請……”“她惹百蝶生氣了，所以被罰到這里打雜。”茉莉冷冷地打斷了慕容凌娢的話，“你隨便給她點活干干就好了?！薄笆鞘鞘?，茉莉姑娘方心，我一定會好好管教她的?！蹦桥舆B連點頭，但看慕容凌娢的眼神已經(jīng)完全不同了，多了幾分不屑和僥幸。這也太勢利了吧，茉莉還沒離開就已經(jīng)暴露本性了，如果茉莉離開，那自己還不得被她給……慕容凌娢打了一個冷顫，輕輕拽了拽茉莉的袖子，用可憐兮兮的眼神看著茉莉，想要向她求助。然而茉莉就像什么都沒有看見一樣，極其冷淡地甩開了慕容凌娢的手。“那她就歸你了，一視同仁就好了。百蝶那邊還有事，我先回去了?！避岳蚰坏目戳四饺萘鑺我谎?，便轉(zhuǎn)身離去了。留下了感覺整個世界都要崩塌了的慕容凌娢?！靶辛?，新來的，我是醉影樓一樓的層主，你得叫我層主……愣著干什么，趕快過來，你的任務可不少呢。”她那鐵青著的臉嚇得慕容凌娢趕緊跟了上去。(古風一言)那時，誰渡江湖雨漂泊。而今，心愁難敘千里外。第023章 原來只是刷盤子“那她就歸你了，一視同仁就好了。百蝶那邊還有事，我先回去了?！避岳蚰坏目戳四饺萘鑺我谎?，便轉(zhuǎn)身,