1.4 洛伦兹力的应用 课件-2023-2024学年高二下学期物理教科版（2019）选择性必修第二册

洛伦兹力的应用 现实生活中，用洛伦兹力控制电荷运动，在现代科技领域中具有广泛的应用。例如：电视机显像、质谱仪、回旋加速器等。 利用磁场控制带电粒子运动 如图所示,圆形匀强磁场的半径为r,磁感应强度为B,带电粒子质量为m,电荷量为q,速度为v0。经过磁场偏转了θ角,则tan  =  , R=  ,故tan   = ,可见,对于一定的带电粒子,可以通过改 变B和v0 的大小来控制粒子的偏转角度θ。   速度选择器 一、速度选择器 1、装置及要求 如图1，两极板间存在匀强电场和匀强磁场，二者方向互相垂直，带电粒子从左侧射入，不计粒子重力. 思考：若欲使带电粒子能够沿直线匀速通过，速度需要满足什么条件？ E B 速度选择器只对选择的粒子的速度有要求，而对粒子的质量、电荷量大小及带电正、负无要求. 当F电＝ F洛 时，粒子才沿图示的直线运动，即： 特点： 2、当 时，粒子向F洛方向偏转，F电做负功，粒子的动能减小，电势能增大. 3、当 时，粒子向F电方向偏转，F电做正功，粒子的动能增大，电势能减小. 1、当 时，粒子作匀速直线运动。 例1、(多选)如图所示，在带电的两平行金属板间有相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度为B，匀强电场场强为E，现有一电子以速度v0平行金属板射入场区，则（ ） BC 质谱仪 在科学研究和工业生产中，常常需要将一束带等量电荷的粒子分开，以便知道其中所含物质的成分。 你能如何分离不同比荷的带电粒子？ 对带电粒子有力的作用 电场 磁场 使带电粒子加速 使带电粒子做匀速圆周运动 根据 m不同，r不同，从而可以分开 1、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。 2、结构及作用 ： ①电离室：使中性气体电离，产生带电粒子 ②加速电场：使带电粒子获得速度 ③粒子速度选择器：以相同速度进入偏转磁场 ④偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离 ⑤照相底片：记录不同粒子偏转位置及半径 电离室 加速电场 偏转磁场 照相底片 速度选择器 (1)电场中加速： 由动能定理得： 由此可得： 3、原理： (2)磁场中偏振： 向心力为受的洛伦兹力提供，即 所以粒子的轨道半径为 由于粒子的荷质比不同，则做圆周运动的半径也不同，因此打到不同的位置。 (1)电场中加速： 4、装置改进： 原理图 加速电场 速度选择器 (2)经速度选择器选择速度为： (3)磁场中偏转： 5、作用： 原理图 加速电场 速度选择器 (1)可测粒子的质量及比荷 (2)与已知粒子半径对比可发现未知的元素和同位素 例2、如图所示，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场（磁感应强度为B）和匀强电场（电场强度为E）组成的速度选择器，然后通过狭缝P进入另一匀强磁场（磁感应强度为B ’ ），最终打在A1A2上，粒子重力不计。下列表述正确的是（ ） A.粒子带负电 B.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B C.粒子打在A1A2的位置越靠近P，粒子的比荷q/m越大 D.所有打在A1A2上的粒子，在磁感应强度为B’的磁场中的运动时间都相同 BC 16 回旋加速器 要认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”。 然而，原子核被强大的核力约束，只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开” 产生这些高能“炮弹”的“工厂”就是各种各样的粒子加速器。 设电子进入第 n 个圆筒后的速度为 v，根据动能定理有： 得 直线加速器 由于粒子在加速过程中的径迹为直线， 要得到较高动能的粒子，其加速装置要很长。 欧洲质子加速器 斯坦福大学的加速器 能不能设计一种既能实现多次加速，又能减少占地空间的加速器呢？ 如果带电粒子在一次加速后又转回来被第二次加速，如此往复“转圈圈”式地被加速，加速器装置所占的空间就会大大缩小。而磁场正好能使带电粒子“转圈圈”，于是，人们依据这个思路设计出了用磁场控制轨道、用电场进行加速的回旋加速器。 1932 年物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在较小的空间范围内对带电粒子进行多次加速。 劳伦斯 第一台回旋加速器 1、概念： 利用电场对电荷的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用，在较小的范围内来获得高能粒子的装置。 原理图 2、结构及作用 ： ①两个大磁极 ：在带电粒子运动范围内产生很强的匀强磁场，使带电粒子做匀速圆周运动。 ②两个D形盒：D形盒内部有磁场没有电场。使带电粒子的圆周运动不受电场影响。 ③D形盒间的窄缝：使带电粒子在这一区间被电场加速。 ④交变电场：交变