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洛伦兹力的应用洛伦兹力的应用第三章第三章 磁磁 场场病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.1.速度选择器速度选择器在电、磁场中，若不计重力，则：在电、磁场中，若不计重力，则：在如图所示的平行板器件中，在如图所示的平行板器件中，电场强度电场强度E E和磁感应强度和磁感应强度B B相互垂直，相互垂直，具有不同水平速度的带电粒子射入具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫速度选择器。出来，所以叫速度选择器。试求出粒子的速度为多少时粒试求出粒子的速度为多少时粒子能沿虚线通过。子能沿虚线通过。思考思考 ：其他条件不变，把粒子改为负电荷，能通过吗？：其他条件不变，把粒子改为负电荷，能通过吗？电场、磁场方向不变，粒子从右向左运动，能直线通过吗电场、磁场方向不变，粒子从右向左运动，能直线通过吗？病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程速度选择器：速度选择器：1.1.1.1.速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关；速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关；2.2.2.2.带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。速（或者说沿直线）通过速度选择器。否则偏转。否则偏转。3.3.注意电场和磁场的方向搭配。注意电场和磁场的方向搭配。v 将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。若速度小于这一速度？若速度小于这一速度？电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大；电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大；若大于这一速度？若大于这一速度？病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程练练习习:在在两两平平行行金金属属板板间间有有正正交交的的匀匀强强电电场场和和匀匀强强磁磁场场，一一个个带带电电粒粒子子垂垂直直于于电电场场和和磁磁场场方方向向射射入入场场中中，射射出出时时粒粒子子的的动动能能减减少少了了，为为了了使使粒粒子子射射出出时时动动能能增增加加，在在不不计计重重力力的的情况下，可采取的办法是：情况下，可采取的办法是：A.A.增大粒子射入时的速度增大粒子射入时的速度B.B.减小磁场的磁感应强度减小磁场的磁感应强度C.C.增大电场的电场强度增大电场的电场强度D.D.改变粒子的带电性质改变粒子的带电性质BC病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2 2如图所示是粒子速度选择器的原理图，如果粒子所如图所示是粒子速度选择器的原理图，如果粒子所具有的速率具有的速率v=E/Bv=E/B，那么，那么:():()A A带正电粒子必须沿带正电粒子必须沿abab方向从左侧进入场区，才能沿方向从左侧进入场区，才能沿直线通过直线通过B.B.带负电粒子必须沿带负电粒子必须沿baba方向从右侧进入场区，才能沿方向从右侧进入场区，才能沿直线通过直线通过C C不论粒子电性如何，沿不论粒子电性如何，沿abab方向从左侧进入场区，都方向从左侧进入场区，都能沿直线通过能沿直线通过D.D.不论粒子电性如何，沿不论粒子电性如何，沿baba方向从右侧进入场区，都方向从右侧进入场区，都能沿直线通过能沿直线通过病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3：正交的匀强磁场和匀强电场的磁感应强度和：正交的匀强磁场和匀强电场的磁感应强度和电场强度分别为电场强度分别为B和和E，一带电的粒子，以速度，一带电的粒子，以速度v1垂直射入，而以速度垂直射入，而以速度v2射出，则（射出，则（）A.v1=E/B v2v1 B.v1E/B,v2v1 C.v1E/B v2v1 D.v1E/B.v2v1 BCqBvqBvEqEqqBvqBvEqEq病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.2.磁流体发电机磁流体发电机 磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能，右图是它的示意图，平行金属板能直接转化为电能，右图是它的示意图，平行金属板A A、B B之间有一个很强的磁场，将一束等粒子体（即高温下之间有一个很强的磁场，将一束等粒子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，ABAB两板间便产生电压。如果把两板间便产生电压。如果把ABAB和用电器连接，和用电器连接，ABAB就就是一个直流电源的两个电极。是一个直流电源的两个电极。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程磁流体发电机磁流体发电机Eq=Bqv电动势：电动势：E=Ed=Bvd电流：电流：I=E/（R+r）流体为：等离子束流体为：等离子束目的：发电目的：发电1 1、图中、图中ABAB板哪一板哪一个是电源的正极？个是电源的正极？2 2、此发电机的电、此发电机的电动势？（两板距离动势？（两板距离为为d d，磁感应强度，磁感应强度为为B B，等离子速度，等离子速度为为v v，电量为，电量为q q）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 图示为磁流体发电机的示意图，将气体加热到很高图示为磁流体发电机的示意图，将气体加热到很高的温度，使它成为等离子体的温度，使它成为等离子体(含有大量正、负离子含有大量正、负离子)，让，让它以速度它以速度v v通过磁感应强度为通过磁感应强度为B B的匀强磁场区，这里有间的匀强磁场区，这里有间距为距为d d的电极板的电极板a a和和b b，外电路电阻为，外电路电阻为R R(1)(1)说明磁流体发电机的原理说明磁流体发电机的原理(2)(2)哪个电极为正极哪个电极为正极?(3)(3)计算电极板间的电势差计算电极板间的电势差病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程练习：如图所示是等离子体发电机的示意图，平练习：如图所示是等离子体发电机的示意图，平行金属板间的匀强磁场的磁感应强度行金属板间的匀强磁场的磁感应强度B=0.5T，两板间距离为两板间距离为20，要使，要使AB端的输出电压为端的输出电压为220V，则等离子垂直射入磁场的速度为多少？，则等离子垂直射入磁场的速度为多少？代入数据得代入数据得v=2200m/s电流的方向如何？电流的方向如何？电流的方向如何？电流的方向如何？由由由由B B到到到到A A病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程图是电磁流量计的示意图，在非磁性材料做成的圆管图是电磁流量计的示意图，在非磁性材料做成的圆管道外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁道外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上的场区域时，测出管壁上的abab两点间的电动势两点间的电动势U U，就可以，就可以知道管中液体的流量知道管中液体的流量Q-Q-单位时间内流过液体的体积单位时间内流过液体的体积（m m3 3/s/s）。已知管的直径为）。已知管的直径为D D，磁感应强度为，磁感应强度为B B，试推，试推出出Q Q与与U U的关系表达式。的关系表达式。流体为：导电液体流体为：导电液体 目的：测流量目的：测流量3 3、电磁流量计、电磁流量计病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程Bqv=Eq=qu/d得得v=U/Bd流量：流量：Q=Sv=dU/4Bdba导电导电液体液体若管道为其他形状若管道为其他形状,如矩形呢如矩形呢?病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 图示为一电磁流量计的示意图图示为一电磁流量计的示意图,截面为正方形的非截面为正方形的非磁性管，其边长为磁性管，其边长为d d，内有导电液体流动，在垂直于液，内有导电液体流动，在垂直于液体流动方向上加一指向纸内的匀强磁场，磁感应强度体流动方向上加一指向纸内的匀强磁场，磁感应强度为为B B现测得液体最上部现测得液体最上部a a点和最下部点和最下部b b点间的电势差为点间的电势差为U U，求管内导电液的流量，求管内导电液的流量Q.Q.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程带电粒子在磁场中运动分析带电粒子在磁场中运动分析1、找圆心：方法、找圆心：方法-2、定半径：、定半径：3、确定运动时间：、确定运动时间：注意：用弧度表示用弧度表示几何法求半径几何法求半径向心力公式求半径向心力公式求半径两个具体问题：两个具体问题：1 1、圆心的确定、圆心的确定 （1 1）已知两个速度）已知两个速度方向方向：可找到：可找到两条半径，其交点是圆心。两条半径，其交点是圆心。（2 2）已知入射）已知入射方向方向和出射和出射点点的位置：的位置：通过入射点作入射方向的垂线，连接入通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作中垂线，交点是圆心。射点和出射点，作中垂线，交点是圆心。2 2、运动时间的确定：、运动时间的确定：2关键：确定圆心、半径、圆心角关键：确定圆心、半径、圆心角病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程CDBv 如图所示，在如图所示，在B=9.1x10-4T的匀强磁场中，的匀强磁场中，C、D是垂直是垂直于磁场方向的同一平面上的两于磁场方向的同一平面上的两点，相距点，相距d=0.05m。在磁场中。在磁场中运动的电子经过运动的电子经过C点时的速度点时的速度方向与方向与CD成成=300角，并与角，并与CD在同一平面内，问：在同一平面内，问：(1)若电子后来又经过若电子后来又经过D点，则电子的速度大小是多少点，则电子的速度大小是多少？(2)电子从电子从C到到D经历的时间是多少？经历的时间是多少？(电子质量电子质量me=9.1x10-31kg，电量，电量e=1.6x10-19C)8.0 x106m/s 6.5x10-9s1、带电粒子在无界磁场中的运动、带电粒子在无界磁场中的运动病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程如图所示，在如图所示，在x轴上方有匀强磁场轴上方有匀强磁场B，一个质量为，一个质量为m，带电量为带电量为-q的的粒子，以速度的的粒子，以速度v从从O点射入磁场，角点射入磁场，角已知，粒子重力不计，求已知，粒子重力不计，求 (1)粒子在磁场中的运动时间粒子在磁场中的运动时间.(2)粒子离开磁场的位置粒子离开磁场的位置.2、带电粒子在半无界磁场中的运动、带电粒子在半无界磁场中的运动病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 练习：如图直线练习：如图直线MN上方有磁感应强度为上方有磁感应强度为B的的匀强磁场。正、负电子同时从同一点匀强磁场。正、负电子同时从同一点O以与以与MN成成30角的同样速度角的同样速度v射入磁场（电子质量射入磁场（电子质量为为m，电荷为，电荷为e），它们从磁场中射出时相距），它们从磁场中射出时相距多远？射出的时间差是多少？多远？射出的时间差是多少？MNBOv答案答案为为射出点相距射出点相距时间时间差差为为关关键键是找是找圆圆心、找半径和用心、找半径和用对对称。称。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程练习练习.一个负离子，质量为一个负离子，质量为m，电量大小为，电量大小为q，以速率，以速率v垂直于屏垂直于屏S经过小孔经过小孔O射入存在着匀强磁场的真空室中，射入存在着匀强磁场的真空室中，如图所示。磁感应强度如图所示。磁感应强度B的方向与离子的运动方向垂直，的方向与离子的运动方向垂直，并垂直于图并垂直于图1中纸面向里中纸面向里.（1）求离子进入磁场后到达屏）求离子进入磁场后到达屏S上时的位置与上时的位置与O点的距点的距离离.（2）如果离子进入磁场后经过时间）如果离子进入磁场后经过时间t到达位置到达位置P，证明，证明:直线直线OP与离子入射方向之间的夹角与离子入射方向之间的夹角跟跟t的关系是的关系是 OBSvP病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程【例【例2】一个质量为一个质量为m电荷量为电荷量为q的带电粒子从的带电粒子从x轴上轴上的的P（a，0）点以速度）点以速度v，沿与，沿与x正方向成正方向成60的方向的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射轴射出第一象限。求匀强磁场的磁感应强度出第一象限。求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的和射出点的坐标。坐标。y x oBv v a O/射出点坐标为（射出点坐标为（0，）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程例：一束电子（电量为例：一束电子（电量为e）以速度）以速度V0垂直射入磁感应强垂直射入磁感应强度为度为B，宽为，宽为d的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向与的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向与电子原来入射方向成电子原来入射方向成300角，求：电子的质量和穿过磁角，求：电子的质量和穿过磁场的时间。场的时间。Bv0e 300d2dBe/v0d/3v0小结：小结：1、两洛伦磁力的交点即圆心、两洛伦磁力的交点即圆心2、偏转角：初末速度的夹角。、偏转角：初末速度的夹角。3、偏转角、偏转角=圆心角圆心角3、带电粒子在有界矩形磁场区的运动、带电粒子在有界矩形磁场区的运动病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程变化变化1：在上题中若电子的电量：在上题中若电子的电量e，质量，质量m，磁感应强，磁感应强度度B及宽度及宽度d已知，若要求电子不从右边界穿出，则初已知，若要求电子不从右边界穿出，则初速度速度V0有什么要求？有什么要求？Be v0d小结：小结：临界问题的分析方法临界问题的分析方法1、理解轨迹的变化（从小到大）、理解轨迹的变化（从小到大）2、找临界状态：、找临界状态：（切线夹角平分线找圆心）变化变化2：若初速度向下与边界成：若初速度向下与边界成=60度角，则初速度有什么要求？度角，则初速度有什么要求？Bv0变化变化3：若初速度向上与边界成：若初速度向上与边界成=60度角，则初速度有什么要求？度角，则初速度有什么要求？病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程练习：两板间（长为练习：两板间（长为L L，相距为，相距为L L）存在匀强磁场，）存在匀强磁场，带负电粒子带负电粒子q、m以速度以速度V V0 0从方形磁场的中间射入，从方形磁场的中间射入，要求粒子最终飞出磁场区域，则要求粒子最终飞出磁场区域，则B B应满足什么要求？应满足什么要求？Bv0qmLL病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程Bv0qmLL情境：情境：已知：已知：q、m、v0、d、L、B求：要求粒子最终求：要求粒子最终飞出磁场区域，对飞出磁场区域，对粒子的入射速度粒子的入射速度v0有何要求？有何要求？病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 如图中圆形区域内存在垂直如图中圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为度为B，现有一电量为，现有一电量为q，质量为，质量为m的正离子从的正离子从a点沿圆形区域的直点沿圆形区域的直径射入，设正离子射出磁场区域径射入，设正离子射出磁场区域的方向与入射方向的夹角为的方向与入射方向的夹角为600，求此正离子在磁场区域内飞行的求此正离子在磁场区域内飞行的时间及射出磁场时的位置。时间及射出磁场时的位置。ao由对称性，射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心。由对称性，射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心。注注:画好辅助线（半径、速度、轨迹圆的圆心、连心线）画好辅助线（半径、速度、轨迹圆的圆心、连心线）,偏角可由偏角可由 求出。经历时间由求出。经历时间由 得出得出 r vRvO/O带电粒子在圆形磁场区域的运动带电粒子在圆形磁场区域的运动 电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的，电子束经过电压为实现的，电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区域，如图所示磁场方向垂直于圆面，磁形匀强磁场区域，如图所示磁场方向垂直于圆面，磁场区域的中心为场区域的中心为0，半径为，半径为r当不加磁场时，电子束将当不加磁场时，电子束将通过点通过点0而打到屏幕的中心而打到屏幕的中心M点，为了让电子束射到屏点，为了让电子束射到屏幕边缘幕边缘P,需要加磁场，使电子束偏转已知角度需要加磁场，使电子束偏转已知角度，此时，此时磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度B应为多少应为多少?病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 圆心为圆心为O、半径为、半径为r的圆形区域中有一个磁的圆形区域中有一个磁感强度为感强度为B、方向为垂直于纸面向里的匀强磁、方向为垂直于纸面向里的匀强磁场，与区域边缘的最短距离为场，与区域边缘的最短距离为L的的O处有一竖处有一竖直放置的荧屏直放置的荧屏MN，今有一质量为，今有一质量为m的电子以速的电子以速率率v从左侧沿从左侧沿OO方向垂直射入磁场，越出磁方向垂直射入磁场，越出磁场后打在荧光屏上之场后打在荧光屏上之P点，如图所示，求点，如图所示，求OP的长度和电子通过磁场所用的时间。的长度和电子通过磁场所用的时间。OMNLAOP病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 例例5：如图，两个共轴的圆筒形金属电极，外电极接地，其上均匀分如图，两个共轴的圆筒形金属电极，外电极接地，其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝、和，外筒的外半径为布着平行于轴线的四条狭缝、和，外筒的外半径为，在圆，在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场，磁感强度的大小为筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场，磁感强度的大小为。在两极间加上电压，使两圆筒之间的区域内有沿向外的电场。一质量。在两极间加上电压，使两圆筒之间的区域内有沿向外的电场。一质量为、带电量为的粒子，从紧靠内筒且正对狭缝的点出发，初速为、带电量为的粒子，从紧靠内筒且正对狭缝的点出发，初速为零。如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点，则两电为零。如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点，则两电极之间的电压应是多少？（不计重力，整个装置在真空中）极之间的电压应是多少？（不计重力，整个装置在真空中）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程【例【例6】如图所示，一个质量为】如图所示，一个质量为m、电量为、电量为q的正离子，的正离子，从从A点正对着圆心点正对着圆心O以速度以速度v射入半径为射入半径为R的绝缘圆筒的绝缘圆筒中。圆筒内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强中。圆筒内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为度的大小为B。要使带电粒子与圆筒内壁碰撞多次后。要使带电粒子与圆筒内壁碰撞多次后仍从仍从A点射出，问发生碰撞的最少次数点射出，问发生碰撞的最少次数?并计算此过程中正离子在磁场中运动的时间并计算此过程中正离子在磁场中运动的时间t?设粒子与圆筒内壁碰撞时无能量和电量损失，不计粒设粒子与圆筒内壁碰撞时无能量和电量损失，不计粒子的重力。子的重力。OAv0BOAv0B病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 练习练习:已经知道，反粒子与正粒子有相同的质量，却带有等量的异号电已经知道，反粒子与正粒子有相同的质量，却带有等量的异号电荷荷.物理学家推测，既然有反粒子存在，就可能有由反粒子组成的反物质存物理学家推测，既然有反粒子存在，就可能有由反粒子组成的反物质存在在.1998年年6月，我国科学家研制的阿尔法磁谱仪由月，我国科学家研制的阿尔法磁谱仪由“发现号发现号”航天飞机搭载航天飞机搭载升空，寻找宇宙中反物质存在的证据升空，寻找宇宙中反物质存在的证据.磁谱仪的核心部分如图所示，磁谱仪的核心部分如图所示，PQ、MN是两个平行板，它们之间存在匀强磁场区，磁场方向与两板平行是两个平行板，它们之间存在匀强磁场区，磁场方向与两板平行.宇宙射宇宙射线中的各种粒子从板线中的各种粒子从板PQ中央的小孔中央的小孔O垂直垂直PQ进入匀强磁场区，在磁场中发进入匀强磁场区，在磁场中发生偏转，并打在附有感光底片的板生偏转，并打在附有感光底片的板MN上，留下痕迹上，留下痕迹.假设宇宙射线中存在氢假设宇宙射线中存在氢核、反氢核、氦核、反氦核四种粒子，它们以相同速度核、反氢核、氦核、反氦核四种粒子，它们以相同速度v从小孔从小孔O垂直垂直PQ板板进入磁谱仪的磁场区，并打在感光底片上的进入磁谱仪的磁场区，并打在感光底片上的a、b、c、d四点，已知氢核质量四点，已知氢核质量为为m，电荷量为，电荷量为e，PQ与与MN间的距离为间的距离为L，磁场的磁感应强度为，磁场的磁感应强度为B.（1）指出）指出a、b、c、d四点分别是由哪种粒子留下的痕迹四点分别是由哪种粒子留下的痕迹?（不要求写（不要求写出判断过程）出判断过程）（2）求出氢核在磁场中运动的轨道半径；）求出氢核在磁场中运动的轨道半径；（3）反氢核在）反氢核在MN上留下的痕迹与氢核在上留下的痕迹与氢核在MN上留下的痕迹之间的距离上留下的痕迹之间的距离是多少是多少?病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 厚度为厚度为h、宽度为、宽度为d的金属板放在垂直于磁感应强的金属板放在垂直于磁感应强度为度为B的匀强磁场中，当电流流过导体板时，在导体的匀强磁场中，当电流流过导体板时，在导体板上下侧面间会产生电势差板上下侧面间会产生电势差U，这种现象叫，这种现象叫霍尔效应霍尔效应。4、霍尔效应、霍尔效应上表面上表面、下表面下表面哪个面的电势高哪个面的电势高?下表面下表面流体为：定向移动的电荷流体为：定向移动的电荷Eq=BqvI=nqvS U=Eh（U=E）电势差是多少？电势差是多少？思考：如果电流是正电荷定向移动形成的，则电势哪思考：如果电流是正电荷定向移动形成的，则电势哪端高？端高？病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程练习练习:厚度为厚度为h h、宽度为、宽度为d d的金属板放在垂直于磁感应强的金属板放在垂直于磁感应强度为度为B B的匀强磁场中，已知金属导体单位体积中的自由的匀强磁场中，已知金属导体单位体积中的自由电子数为电子数为n n，电子电量为，电子电量为e e，则当电流，则当电流 I I 流过导体时，流过导体时，在导体板上下侧面间会产生电势差在导体板上下侧面间会产生电势差U U，证明电势差，证明电势差U U、电流电流I I和和B B的关系为：的关系为：U U病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程有一个未知的匀强磁场，用如下方法测其磁感应强度，有一个未知的匀强磁场，用如下方法测其磁感应强度，如图所示，把一个横截面是矩形的铜片放在磁场中，使如图所示，把一个横截面是矩形的铜片放在磁场中，使它的上、下两个表面与磁场平行，前、后两个表面与磁它的上、下两个表面与磁场平行，前、后两个表面与磁场垂直当通入从左向右的电流场垂直当通入从左向右的电流 I I 时，连接在上、下时，连接在上、下两个表面上的电压表示数为两个表面上的电压表示数为U U已知铜片中单位体积内已知铜片中单位体积内自由电子数为自由电子数为n n，电子质量，电子质量m m，带电量为，带电量为e e，铜片厚度，铜片厚度（前后两个表面厚度）为（前后两个表面厚度）为d d，高度（上、下两个表面的，高度（上、下两个表面的距离）为距离）为h h，求磁场的磁感应强度，求磁场的磁感应强度B BhdAIBV解：解：达到动态平衡时有达到动态平衡时有qvB=qE=qU/hB=U/vh I=nevS=nevhd vh=I/ned B=Udne/I病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程例例:一个质量为一个质量为m m、电荷量为、电荷量为q q的粒子，从容器下的粒子，从容器下方的小孔方的小孔S S1 1飘入电势差为的加速电场，然后经飘入电势差为的加速电场，然后经过过S S3 3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为的匀强磁场中，最后打到照相底片上，求：的匀强磁场中，最后打到照相底片上，求：（）求粒子进入磁场时的速率（）求粒子进入磁场时的速率（）求粒子在磁场中运动的轨道半径（）求粒子在磁场中运动的轨道半径5、质谱仪、质谱仪病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程偏转：质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计的，他质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计的，他用质谱仪发现了氖用质谱仪发现了氖2020和氖和氖2222，证实了同位素的存在。，证实了同位素的存在。现在质谱仪已经是一种十分精密的仪器，是测量带电现在质谱仪已经是一种十分精密的仪器，是测量带电粒子的粒子的质量质量和和分析同位素分析同位素的重要工具。的重要工具。加速：加速：qU=mvqU=mv2 2/2/2又又R=mv/qBR=mv/qB 可见，此仪器可以用来测定带电粒子的荷质比可见，此仪器可以用来测定带电粒子的荷质比,也也可以在已知电量的情况下测定粒子质量，这样的仪器叫可以在已知电量的情况下测定粒子质量，这样的仪器叫质谱仪。质谱仪。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 UqSS1xPB 例：质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重例：质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重例：质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重例：质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源要工具，它的构造原理如图，离子源要工具，它的构造原理如图，离子源要工具，它的构造原理如图，离子源S S产生的各种不同正产生的各种不同正产生的各种不同正产生的各种不同正离子束离子束离子束离子束(速度可看作为零速度可看作为零速度可看作为零速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有，经加速电场加速后垂直进入有，经加速电场加速后垂直进入有，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片界匀强磁场，到达记录它的照相底片界匀强磁场，到达记录它的照相底片界匀强磁场，到达记录它的照相底片P P上，设离子在上，设离子在上，设离子在上，设离子在P P上上上上的位置到入口处的位置到入口处的位置到入口处的位置到入口处S S1 1的距离为的距离为的距离为的距离为x x，可以判断，可以判断，可以判断，可以判断()()A A、若离子束是同位素，则、若离子束是同位素，则、若离子束是同位素，则、若离子束是同位素，则x x越大，离子质量越大越大，离子质量越大越大，离子质量越大越大，离子质量越大B B、若离子束是同位素，则、若离子束是同位素，则、若离子束是同位素，则、若离子束是同位素，则x x越大，离子质量越小越大，离子质量越小越大，离子质量越小越大，离子质量越小C C、只要、只要、只要、只要x x相同，则离子质量一定相同相同，则离子质量一定相同相同，则离子质量一定相同相同，则离子质量一定相同D D、只要、只要、只要、只要x x相同，则离子的荷质比一定相同相同，则离子的荷质比一定相同相同，则离子的荷质比一定相同相同，则离子的荷质比一定相同AD病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程以以下下的的两两种种装装置置都都可可以以用用来来测测定定带带电电粒粒子子的的荷荷质质比比.也可以在已知电量的情况下测定粒子质量。也可以在已知电量的情况下测定粒子质量。带电粒子质量带电粒子质量m,m,电荷量电荷量q,q,由电压由电压U U加速后垂直进入磁感加速后垂直进入磁感应强度为应强度为B B的匀强磁场的匀强磁场,设轨道半径为设轨道半径为r,r,则有荷质比：则有荷质比：NUOMB可得可得病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程带带电电粒粒子子质质量量m,电电荷荷量量q,以以速速度度v穿穿过过速速度度选选择择器器(电电场场强强度度E，磁磁感感应应强强度度B1),垂垂直直进进入入磁磁感感应应强强度度为为B2的的匀匀强强磁磁场场.设设轨轨道道半半径径为为r,则则有有荷质比荷质比：MB2EB1NqE=qvB1可得：可得：病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 改进的质谱仪原理如图所示，改进的质谱仪原理如图所示，改进的质谱仪原理如图所示，改进的质谱仪原理如图所示，a a a a为粒子加速器，电压为为粒子加速器，电压为为粒子加速器，电压为为粒子加速器，电压为U U U U1 1 1 1；b b b b为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B B B B1 1 1 1，板间距离为，板间距离为，板间距离为，板间距离为d d d d；c c c c为偏转分离器，磁感应强度为为偏转分离器，磁感应强度为为偏转分离器，磁感应强度为为偏转分离器，磁感应强度为B B B B2 2 2 2。今。今。今。今有一质量为有一质量为有一质量为有一质量为m m m m、电量为、电量为、电量为、电量为+e+e+e+e的正电子的正电子的正电子的正电子(不计重力不计重力不计重力不计重力)，经加速后，经加速后，经加速后，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做半径该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做半径该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做半径该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做半径为为为为R R R R的匀速圆周运动。求：的匀速圆周运动。求：的匀速圆周运动。求：的匀速圆周运动。求：(1)(1)(1)(1)粒子的速度粒子的速度粒子的速度粒子的速度v v v v为多少？为多少？为多少？为多少？(2)(2)(2)(2)速度选择器的电压速度选择器的电压速度选择器的电压速度选择器的电压U U U U2 2 2 2为多少？为多少？为多少？为多少？(3)(3)(3)(3)粒子在粒子在粒子在粒子在B B B B2 2 2 2磁场中做匀速圆周磁场中做匀速圆周磁场中做匀速圆周磁场中做匀速圆周运动的半径运动的半径运动的半径运动的半径R R R R为多大？为多大？为多大？为多大？病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1 1加速原理：利用加速电场对带电粒子做加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，正功使带电粒子的动能增加，qU=qU=E Ek k2 2直线加速器，多级加速直线加速器，多级加速如图所示是多级加速装置的原理图：如图所示是多级加速装置的原理图：二、加速器二、加速器（一）、直线加速器（一）、直线加速器病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 由动能定理得带电粒子经由动能定理得带电粒子经n n极的电场加极的电场加速后增加的动能为：速后增加的动能为：3 3直线加速器占有的空间范围大，在有限的空直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制间范围内制造直线加速器受到一定的限制1966年建成的美国斯坦福电子直线加速器管长年建成的美国斯坦福电子直线加速器管长3050米，电子能量高达米，电子能量高达22吉电子伏，脉冲电子吉电子伏，脉冲电子流强约流强约80毫安，平均流强为毫安，平均流强为48微安。微安。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程加利佛尼亚斯坦福大学的粒子加速器 直线加速器占地太大，能不能让它小一点直线加速器占地太大，能不能让它小一点直线加速器占地太大，能不能让它小一点直线加速器占地太大，能不能让它小一点病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1932年，美国物理学家劳仑斯发明了年，美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，回旋加速器，回旋加速器，回旋加速器，从从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖大步为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖（二）（二）.回旋加速器回旋加速器病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程如图，回旋加速器的核心部分为如图，回旋加速器的核心部分为如图，回旋加速器的核心部分为如图，回旋加速器的核心部分为D D形盒，它的形状有如扁形盒，它的形状有如扁形盒，它的形状有如扁形盒，它的形状有如扁圆的金属盒沿直径剖开的两半，每半个都象字母圆的金属盒沿直径剖开的两半，每半个都象字母圆的金属盒沿直径剖开的两半，每半个都象字母圆的金属盒沿直径剖开的两半，每半个都象字母DD的形的形的形的形状。两状。两状。两状。两D D形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源（如质形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源（如质形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源（如质形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源（如质子、氘核或子、氘核或子、氘核或子、氘核或 粒子源等）。在两粒子源等）。在两粒子源等）。在两粒子源等）。在两D D形盒间接上交流电源于形盒间接上交流电源于形盒间接上交流电源于形盒间接上交流电源于是在缝隙里形成一个交变电场。由于电屏蔽效应，在每个是在缝隙里形成一个交变电场。由于电屏蔽效应，在每个是在缝隙里形成一个交变电场。由于电
