1.3洛伦兹力的应用（备课件）【上好课】2021-2022学年高二物理同步备课系列（鲁科版2019选择性必修第二册）

鲁科2019 第3节 洛伦兹力的应用 高中物理选择性必修二 第1章 安培力与洛伦兹力 一、显像管 利用磁场控制对带电粒子的运动方向，称为磁偏转 利用电场控制对带电粒子的运动方向，称为电偏转 由电子枪出的电子，经电场加速形成电子束，在偏转线圈产生的不断变化的磁场作用下，运动方向发生偏转，从而实现扫描，在荧光屏上显示图像。 一个质量为m、电荷量为q的粒子,从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场,其初速度几乎为零,然后经过S２沿着与磁场垂直的方向从Ａ点进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后打到照相底片D上. (1)求粒子进入磁场时的速率 (2)求粒子在磁场中运动的轨道半径 二、质谱仪 偏 转 ： 粒子打在底片上的位置Ｄ与Ａ点的距离x=2r 粒子从S２进入磁场后到打在底片的位置是可以测量的。设为x，则： ，由此可知粒子的比荷及粒子的质量： 粒子的比荷与偏转距离x的平方成反比。则不同比荷的粒子会被分开按比荷顺序的大小排列，形成“质谱”。我们称这仪器为“质谱仪” 利用质谱仪，还可以准确的知道粒子的质量。 利用质谱仪，科学家们发现了同种元素不同原子质量的同位素。如：氕 、氘 、氚 为了让带电粒子进入磁场时拥有速度常利用电场对粒子进行加速。 第一台直线加速器于1928年问世。 但在探索最小粒子的科学实验中常需要极高速的粒子去轰击原子核。如果采用直线加速器加速，则需要建造非常长的实验室，这显然是不现实的。 1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器。劳伦斯也因此获得了诺贝尔物理学奖。 三、回旋加速器 在磁场中做圆周运动,虽然半径加大但周期不变 每一个周期加速两次，每次加速动能变化 电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同 电场一个周期中方向变化两次 粒子加速的最大速度由盒的半径决定 ６.电场加速过程中,时间极短,可忽略 ７.电场电压越大，进入Ｄ形盒速度越大，偏转半径越大，粒子在Ｄ形盒内的时间就越少。 规律总结 最大动能 与加速电压无关 回旋加速器对粒子速度的加速有限度吗 随着人们对带电粒子所获能量要求的提高，回旋加速器的半径越来越大。那么，带电粒子的速度能无限提高吗？ 根据爱因斯坦的狭义相对论，答案是否定的。 因为当粒子的运动速度接近光速时，其运动质量将随速度的增大而增加，绕行周期将变长，从而粒子通过缝间时，电场力并不总是做正功，带电粒子并不总是处于加速状态。因此，通过回旋加速器加速粒子得到的速度是有一定限度的。 用电源频率为f的回旋加速器对电荷量为q、质量为m的氦核加速，使氦核的能量达到Ek.这个回旋加速器的半径r为多大？ 在不断被加速的过程中，氦核在匀强磁场中做圆周运动的半径也在不断增大，其最后一次做圆周运动的半径就等于回旋加速器的半径，此时氦核动能达到最大。磁感应强度的大小可通过电源频率等于氦核做圆周运动的频率确定。 分析 讨论： 回旋加速器获得的最大动能与哪些因素有关？ 氦核在匀强磁场中做匀速圆周运动，有 得 粒子的运动周期 氦核粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的频率 得 又因 得 由动能定理： 第n次加速获得的动能： 第n+１次加速获得的动能： 由： 第n次加速后的半径： 第n+１次加速后的半径： 上述例题中氦核在第n次加速后进入Ｄ形盒的回旋半径第n+1次加速后进入另一Ｄ形盒的回旋半径之比是多少？ 解： 解得： 得 四、电磁流量计 电磁流量计是测量导电液体流量的一种仪器。如图所示，当导电液体沿测量管运动时，液体中的正、负离子在洛伦兹力作用下偏转，左右管壁电极间出现电势差。当正、负离子所受电场力与洛伦兹力平衡时，电势差就会保持稳定。因此，通过测量左右管壁电极间的电势差，即可间接确定管中导电液体的流量。 流量： 单位时间内通过截面的液体体积 设圆形导管直径为d，磁感应强度为Ｂ，稳定后测得左右管壁电势差为Ｕ，试推导流量Ｑ与电势差Ｕ的关系式。 讨论 稳定时离子受电场力和洛伦兹力平衡： 液体的流量: 利用电场与磁场的共同偏转作用把速度相同的带电粒子筛选出来的仪器 F洛 F电 当F洛>F电，粒子上偏 当F洛<F电，粒子下偏 当F洛=F电，粒子直线运动。 五、速度选择器 　　一束在高温下形成的等离子束（等量异种电荷的粒子）射入磁场，在洛伦兹力的作用下，正粒子向下偏转，负粒子向上偏转；稳定后，A、B两金属板间就出现了电势差，接入外电路后就会形成电流为外电路供电。 　　当电路电流稳定时，粒子受到的电场力与洛伦兹力平衡。 六、磁流体发电机 作业： P20 ２、4、5、6、７ $