洛伦兹力与现代技术.pptx

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1、复习回顾：复习回顾：1 1、洛伦兹力、洛伦兹力用左手定则判断用左手定则判断2 2、洛伦兹力的特点、洛伦兹力的特点fvfv方向：方向：大小：大小：fBfB（1 1）（2 2）洛伦兹力对电荷永不做功）洛伦兹力对电荷永不做功（3 3）洛兹力只改变速度的）洛兹力只改变速度的方向方向，不改变速度的，不改变速度的大小大小。第1页/共21页一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子平行射入匀强磁场，粒带电粒子平行射入匀强磁场，粒子做什么运动？子做什么运动？（重力不计）（重力不计）问题问题1：匀速直线运动匀速直线运动理论推导理论推导学 科网第2页/共21页一、带电粒子在匀强磁场中的运

2、动一、带电粒子在匀强磁场中的运动问题问题2：带电粒子垂直射入匀强磁场，粒带电粒子垂直射入匀强磁场，粒子做什么运动？子做什么运动？（重力不计）（重力不计）带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动zxxk第3页/共21页 洛洛伦伦兹兹力力演演示示仪仪励磁线圈磁场强弱选择挡加速电压选择挡电 子 枪第4页/共21页组卷网第5页/共21页线圈未通电时，线圈未通电时，B=0线圈通电时，线圈通电时，B0 方方向垂直线圈平面向里向垂直线圈平面向里第6页/共21页讨论与交流：已知质量为m，电荷量为q，速率为V的带电粒子在匀强磁场 B 中做匀速圆周运动，请导出粒子的轨道半径 r 和周期 T 的公式。VV第7页

3、/共21页1、圆周运动的半径2、圆周运动的周期带电粒子受到的洛伦兹力提供向心力带电粒子受到的洛伦兹力提供向心力第8页/共21页半径半径R R与与m m、v v、q q、B B有关有关继续讨论：继续讨论：粒子运动轨道半径与哪些因素有关，关系如何？粒子运动轨道半径与哪些因素有关，关系如何？m m 不同不同,q,q 相同的带电粒子，若以大小相等的相同的带电粒子，若以大小相等的 v v 垂直进入垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何？带电粒子在磁场中做圆周运动的周期大小与哪些因素有关？关带电粒子在磁场中做圆周运动的周期大小与哪些因素有关？关系如何？系如何？同一

4、带电粒子，在磁场中做圆周运动，当它的速率增大时，其同一带电粒子，在磁场中做圆周运动，当它的速率增大时，其周期怎样改变？周期怎样改变？周期周期T T与与m m、q q、B B有关，与有关，与v v无关。无关。第9页/共21页 练习练习1 1、在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又垂直进入另一磁感应强度是原来的磁感应强度又垂直进入另一磁感应强度是原来的磁感应强度2 2倍的匀强磁场，倍的匀强磁场，则（则（）A A、粒子的速率加倍，周期减半、粒子的速率加倍，周期减半 B B、粒子的速率不变，轨道半径减半、粒子的速率不变，轨道半径减半 C C、粒子

5、的速率减半，轨道半径为原来的四分之一、粒子的速率减半，轨道半径为原来的四分之一 D D、粒子的速率不变，周期减半、粒子的速率不变，周期减半B DB D 练习练习2 2、一电子和质子，以相同的速度垂直于磁感线方向进入一电子和质子，以相同的速度垂直于磁感线方向进入匀强磁场，在磁场中做匀速圆周运动，那么这两个粒子（匀强磁场，在磁场中做匀速圆周运动，那么这两个粒子（）A A、偏转方向相同，半径相同、偏转方向相同，半径相同 B B、偏转方向不同，半径相同、偏转方向不同，半径相同 C C、偏转方向相同，半径不相同、偏转方向相同，半径不相同 D D、偏转方向不同，半径不相同、偏转方向不同，半径不相同D D第

6、10页/共21页 练习练习3 3、一个带电粒子沿垂直于磁场方向射入一匀强磁、一个带电粒子沿垂直于磁场方向射入一匀强磁场，粒子的一段运动径迹如图所示，径迹上每一小段场，粒子的一段运动径迹如图所示，径迹上每一小段可近似看成圆弧，由于带电粒子的运动使沿途的空气可近似看成圆弧，由于带电粒子的运动使沿途的空气电离，粒子的动能逐渐减小（电量不变），从图中情电离，粒子的动能逐渐减小（电量不变），从图中情况可以确定（）况可以确定（）A A、粒子从、粒子从a a到到b b，带正电，带正电 、粒子从、粒子从b b到到a a，带正电，带正电 、粒子从、粒子从a a到到b b，带负电，带负电 、粒子从、粒子从b b到

7、到a a，带负电，带负电 a a。b b。第11页/共21页二、带电粒子在有界磁场中的运动二、带电粒子在有界磁场中的运动步骤：步骤：画轨迹，找圆心：画轨迹，找圆心：a a、两速度垂线的交点既圆心、两速度垂线的交点既圆心b b、弦长的中垂线与速度的垂线的交点既圆心、弦长的中垂线与速度的垂线的交点既圆心由运动轨迹对应的几何关系求出半径。由运动轨迹对应的几何关系求出半径。找到运动轨迹对应的圆心角，求出对应的运动时间。找到运动轨迹对应的圆心角，求出对应的运动时间。第12页/共21页4 4、如图所示，在半径为R R 的圆的范围内，有匀强磁场，方向垂直圆所在平面向里一带负电的质量为m m电量为q q粒子，

8、从A A点沿半径AOAO的方向射入，并从C C点射出磁场AOCAOC120120o o则此粒子在磁场中运行的时间t t_(不计重力)ABRvvO120120C第13页/共21页dBev5 5、如图所示，一束电子（电量为、如图所示，一束电子（电量为e)e)以速度以速度V V垂垂直射入磁感应强度为直射入磁感应强度为B B、宽度为、宽度为d d的匀强磁场，的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为夹角为30300 0。求。求:(1)(1)电子的质量电子的质量m=?m=?(2)(2)电子在磁场中的运动时间电子在磁场中的运动时间t=?t=?第14页/共

9、21页1.质谱仪质谱仪三、带电粒子在叠加场、交互场中的运动三、带电粒子在叠加场、交互场中的运动汤姆生的学生汤姆生的学生阿斯顿阿斯顿发明了质谱仪。发明了质谱仪。第15页/共21页原理：原理：带电粒子进入速度选择器可知：带电粒子进入速度选择器可知：在磁场中：在磁场中：带电粒子的荷质比带电粒子的荷质比第16页/共21页2.回旋加速器回旋加速器1.加速电场的周期与带电粒子在加速电场的周期与带电粒子在D型盒中圆周运动周期相等。型盒中圆周运动周期相等。2.设设D型盒最大半径型盒最大半径R，则回旋加速器所能达到的最大动能为：，则回旋加速器所能达到的最大动能为：三、带电粒子在叠加场、交互场中的运动三、带电粒子

10、在叠加场、交互场中的运动回旋加速器的特点：第17页/共21页 19291929年，年，劳伦斯劳伦斯发明了后来被称为回旋加速器的发明了后来被称为回旋加速器的“原子击破器原子击破器”，19321932年年建成世界第一台回旋加速器。这是一种有奇特效能的能够加速带电粒子的装置。建成世界第一台回旋加速器。这是一种有奇特效能的能够加速带电粒子的装置。以后逐渐加大尺寸，在许多地方建成了一系列回旋加速器，致使他在加利福尼亚以后逐渐加大尺寸，在许多地方建成了一系列回旋加速器，致使他在加利福尼亚州伯克利的辐射实验室成为世界物理学家参观学习的基地。州伯克利的辐射实验室成为世界物理学家参观学习的基地。回旋加速器回旋加

11、速器第18页/共21页 劳伦斯还大力宣传推广用加速器中产生的放射性同位素或中子来治疗癌症等劳伦斯还大力宣传推广用加速器中产生的放射性同位素或中子来治疗癌症等疑难病。由于在回旋加速器及其应用技术方面的成就，劳伦斯获得疑难病。由于在回旋加速器及其应用技术方面的成就，劳伦斯获得19391939年度诺贝年度诺贝尔物理奖。尔物理奖。在二战美国研制原子弹期间，劳伦斯从事过用电磁法分离铀在二战美国研制原子弹期间，劳伦斯从事过用电磁法分离铀235235，以及用加，以及用加速器生产钚速器生产钚239239的实验研究，为探寻获取美国首批原子弹的装料途径做出了独的实验研究，为探寻获取美国首批原子弹的装料途径做出了独

12、特的贡献。到特的贡献。到19481948年，由劳伦斯建议制造的大型回旋加速器已能提供年，由劳伦斯建议制造的大型回旋加速器已能提供粒子束、粒子束、氘粒子束和质子束。同年初，物理学家加德西和拉蒂斯用回旋加速器的氘粒子束和质子束。同年初，物理学家加德西和拉蒂斯用回旋加速器的380MeV 380MeV 粒子找到了介子，不久美国即开始建造第一座粒子找到了介子，不久美国即开始建造第一座介子工厂。从此，开创了一个介子工厂。从此，开创了一个高能物理的新时代。由于劳伦斯的倡议和推动，美国加利福尼亚大学建造了一台高能物理的新时代。由于劳伦斯的倡议和推动，美国加利福尼亚大学建造了一台6GeV6GeV高能质子同步稳相

13、加速器。物理学家们在这台巨型加速器上进行高能物理研高能质子同步稳相加速器。物理学家们在这台巨型加速器上进行高能物理研究，完成了一系列重大发现。究，完成了一系列重大发现。第19页/共21页3.磁流体发电机磁流体发电机等离子体等离子体等离子体等离子体即高温下电离的即高温下电离的气体，含有大量的带气体，含有大量的带正电荷和负电荷的微正电荷和负电荷的微粒，总体是电中性的。粒，总体是电中性的。三、带电粒子在叠加场、交互场中的运动三、带电粒子在叠加场、交互场中的运动 最简单的开式磁流体发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。最简单的开式磁流体发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。工作过程是在化石燃料燃烧后产生的高温气体中，加入易电离的工作过程是在化石燃料燃烧后产生的高温气体中，加入易电离的钾盐或钠盐，使其部分电离后，经喷管加速产生高达摄氏钾盐或钠盐，使其部分电离后，经喷管加速产生高达摄氏30003000度、度、速度达到速度达到10001000米秒的高温高速导电气体，最后产生电流。米秒的高温高速导电气体，最后产生电流。第20页/共21页感谢您的观看！第21页/共21页