洛伦兹力与现代科技.ppt

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1、洛伦兹力与现代科技例1如图所示，在电视机中的铁环上用绝缘导线缠绕两个相同的线圈a和b.a、b串联后通入方向如图所示的电流I，一束电子从纸里经铁环中心射向纸外时，电子将()A.向下偏转B.向上偏转C.向左偏转D.向右偏转B解：运用安培定则，判断铁环中心处的磁场方向为向左.再运用左手定则，判断电子将向上偏转.一、运动电荷在磁场中的运动规律F洛=0匀速直线运动F洛=Bqv匀速圆周运动F洛=Bqv⊥等距螺旋（0＜θ＜90°）V//BV⊥Bv与B成θ角在只有洛仑兹力的作用下一、运动电荷在磁场中的运动规律垂直磁场

2、方向：R＝mvsinθ/qBT=2πm/qB平行磁场方向：螺距d＝2πmcosθ/qB１.直线加速器加速器分类原理：带电粒子受电场力作用，当场力对粒子做正功，使其获得高能量缺点：①电压不可能无限提高，特别是装置的耐压程度有一定的限制②占有得空间范围大人类对速度的渴望从未停止过，经过前辈们的不懈研究探索，光速幸运地成为了我们世界的极限速度。但单就目前人类的科技水平，想要在宏观世界中接近或达到光速就好比是天方夜谭。不过在微观世界中，由于回旋加速器的出现，粒子已经能被加速到很高的速度。因此，回旋加速器被广泛

3、应用于科研、医疗等诸多方面；且随着人们需求的增加，可以加速多种粒子的加速器也应运而生。超灵敏小型回旋加速器2、回旋加速器回旋加速器功能回旋加速器是利用磁场使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置。主要结构是在磁极间的真空室内有两个半圆形的金属扁盒（D形盒）隔开相对放置，D形盒上加交变电压，其间隙处产生交变电场。置于中心的粒子源产生带电粒子射出来，受到电场加速，在D形盒内不受电场，仅受磁极间磁场的洛伦兹力，在垂直磁场平面内作圆周运动。回旋加速的条件如果D形盒上所加的变交电压的频率恰好等于粒

4、子在磁场中作圆周运动的频率，则粒子绕行半圈后正赶上D形盒上极性变化，粒子仍处于加速状态。由于上述粒子绕行半圈的时间与粒子的速度无关，因此粒子每绕行半圈受到一次加速，绕行半径增大。经过很多次加速，粒子沿螺旋形轨道从D形盒边缘引出，能量可达几十兆电子伏特（MeV）如何使交变电压的频率恰好等于粒子在磁场中作圆周运动的频率？运动的带电粒子在磁场中所受的洛仑兹力为：F=Bqv带电粒子做圆周运动的向心力为：F=mv2/R将两式联立得：mv2/R=BqvR=mv/Bq则粒子做圆周运动的周期为：T=2πR/vT=2π

5、m/Bq由此可见，粒子运动的周期与其速度、半径是无关的，我们只要每隔半个周期调整两极板间的电压方向，就可以实现对带电粒子的不断加速。这也是为什么要使用交流电的原因。例2回旋加速器的D形盒的半径为R，用来加速质量为m，带电量为q的质子，使质子由静止加速到能量为E后，由A孔射出。求：（1）加速器中匀强磁场B的方向和大小。（2）设两D形盒间的距离为d，其间电压为U，加速到上述能量所需回旋周数.（3）加速到上述能量所需时间(不计通过缝隙的时间）。A～Ud解：（1）由qvB=mv2/RE=1/2×mv2B的方向

6、垂直于纸面向里.（2）质子每加速一次，能量增加为qU，每周加速两次，所以n=E/2qU（3）周期T=2πm/qB且周期与半径r及速度v都无关t=nT=E/2qU×2πm/qB=πmE/q2UB例4串列加速器是用来产生高能离子的装置.图中虚线框内为其主体的原理示意图,其中加速管的中部b处有很高的正电势U，a、c两端均有电极接地（电势为零）.现将速度很低的负一价碳离子从a端输入，当离子到达b处时,可被设在b处的特殊装置将其电子剥离,成为n价正离子,而不改变其速度大小,这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其

7、速度方向垂直的、磁感强度为B的匀强磁场中，在磁场中做半径为R的圆周运动.已知碳离子的质量m=2.0×10–26kg,U=7.5×105V,B=0.50T,n=2,基元电荷e=1.6×10-19C，求R.cab加速管加速管B设碳离子到达b处时的速度为v1，从c端射出时的速度为v2，由能量关系得1/2×mv12=eU①1/2×mv22=1/2×mv12+neU②进入磁场后，碳离子做圆周运动，可得nev2B=mv22/R③由以上三式可得④由④式及题给数值可解得R=0.75m解：cab加速管加速管B质谱仪１.

8、电场和磁场都能对带电粒子施加影响，电场既能使带电粒子加速，又能使带电粒子偏转；磁场虽不能使带电粒子速率变化，但能使带电粒子发生偏转．２.质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量，轨道半径确定其质量的仪器，叫做质谱仪．3.质谱仪的构造①带电粒子注入器②加速电场（U）③速度选择器（E,B1）④偏转磁场（B2）⑤照相底片4.质谱仪工作原理例5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S产生一个质量为m、电荷量为q的