洛伦兹力在现代科技上的应用.ppt

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1、托卡马克磁约束第7节洛伦兹力的应用诺贝尔奖得主丁肇中安装在国际空间站上的阿尔法磁谱仪(AMS),用于检测有无反粒子和暗物质×××××××××Bx1照相底片q1/m1x1x3q2/m2q3/m3一、速度选择器思考：1、P1、P2之间的电场方向是向左还是向右？3、其他条件不变，把粒子改为负电荷，能通过吗？4、其它条件不变，粒子从下向上运动，能直线通过吗？5、其它条件不变，只改变粒子的电量或质量，能直线通过吗？2、粒子在通过S2、S3之间做匀速直线运动的条件是什么？速度选择器速度选择器要选择：不选择：构造：

2、条件：正交的电磁场不计重力速率：方向：（速度）电性电量质量（微观带电粒子，G不计）例1.图示为一“滤速器”装置的示意图.a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间.为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO′运动，由O′射出.不计重力作用.可能达到上述目的的办法是()A.使a板的电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里B.使a板的电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里C.使a板的电势高于

3、b板，磁场方向垂直纸面向外D.使a板的电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外AD...................................................................+-速度选择器（E2、B1）照相底片质谱仪的示意图利用电场加速利用磁场分离（B2）6、测出条纹到狭缝S3的距离L，则粒子的荷质比是多少？测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。氢核、氘核和α粒子哪个粒子打得远？二、质谱仪例2.如图所示，a、b、c、d为四个正离子，电量相等，速度大小关系为va＜

4、vb=vc＜vd，质量关系为ma=mb＜mc=md，同时沿图示方向进入粒子速度选择器后，一粒子射向P1板，一粒子射向P2板，其余两粒子通过速度选择器后，进入另一磁场，分别打在A1和A2两点。则射到P1板的是____粒子，射到P2板的是___粒子，打在A1点的是____粒子，打在A2点的是____粒子。adbc例3.如图所示是测量带电粒子质量的仪器的工作原理示意图.设法将某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器A中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变成正一价的分子离子.分子离子从狭缝S1以很小的速度进入

5、电压为U的加速电场区(初速不计)，加速后，再通过狭缝S2、S3射入磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ.最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面而且平行于狭缝S3的细线.已知电子电量为e.若测得细线到狭缝S3的距离为d，试推导分子离子的质量m的表达式.三、磁流体发电机P103(教材）等粒子体：即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子原理：等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛仑兹力作用下发生偏转而聚集到A、B板上，产生电势差.若在板外接电阻R，此时通过R的电流是多大？设A、B平行金属板

6、的面积为S，相距d，等离子体的电阻率为ρ，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感强度为B，当A、B板上聚焦的电荷最多时，板间电势差多大？电动势U=BdVR中电流I=ER＋r=BdVρR＋dSBdVSRS＋ρd=四、霍尔（E.C.Hall)效应P98(教材）在一个通有电流的导体板上，垂直于板面施加一磁场，则平行磁场的两面出现一个电势差，这一现象是1879年美国物理学家霍耳发现的，称为霍耳效应。该电势差称为霍耳电势差。霍耳思考：如果电流是负电荷定向移动形成的，则电势哪端高？正电荷呢？负电荷：下表面霍尔效应：电流

7、的方向确定磁流体发电机：电荷移动方向确定例4.厚度为h、宽度为d的金属板放在垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中，已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电量为e，则当电流I流过导体时，在导体板上下侧面间会产生电势差U，证明电势差U、电流I和B的关系为：UK叫霍尔系数如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体以速度v流过导管．洛伦兹力电势差平衡五、电磁流量计原理:导电液体中的自由电荷（正、负离子）在作用下横向偏转，a、b间出现，形成电场。当自由电荷所受电场力和洛伦兹力时，a、

8、b间有稳定的电势差U，则液体的流速为液体的流量为。例5.医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度．电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的．使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直．如图所示．由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差．在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零．在某次监测中