《鲁科版高中物理选修3-1课件6.3《洛伦兹力的应用》-(共16张)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《鲁科版高中物理选修3-1课件6.3《洛伦兹力的应用》-(共16张)（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3 磁场对运动电荷的作用力 第二课时 1 加速原理 利用加速电场对带电粒子做 正功使带电粒子的动能增加 qU Ek 2 直线加速器 多级加速 如图所示是多级加速装置的原理图 一 加速器 一 直线加速器 一 直线加速器 由动能定理得带电粒子经n极的电场加 速后增加的动能为 3 直线加速器占有的空间范围大 在有限的空 间范围内制造直线加速器受到一定的限制 二 回旋加速器 V0 V1 V2 V3 V4 V5 1 带电粒子在两D形盒中回旋周 期等于两盒狭缝之间高频电场 的变化周期 粒子每经过一个 周期 被电场加速二次 2 将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起 来是一个初速度为零的匀加速直线运动 3 带
2、电粒子每经电场加速一次 回旋半径就增大一次 每次增加的动能为 所有各次半径之比为 4 对于同一回旋加速器 其粒子的回旋的最大半径是相同的 5 回旋加速器的出现 使人类在获得具有较高能量的粒子的方面前进了一 大步 了解其它类型的加速器 直线加速器 同步加速器 电子感应加速器 串列加速器 电子对撞机等 小结 小结 回旋加速器利用两D形盒窄缝间的电场使 带电粒子加速 利用D形盒内的磁场使带电粒 子偏转 带电粒子所能获得的最终能量与B和 R有关 与U无关 二 质谱仪 1 质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具 2 基本原理 将质量不等 电荷数相等的带电粒 子经同一电场加速再垂直进入同一匀强 磁
3、场 由于粒子动量不同 引起轨迹半 径不同而分开 进而分析某元素中所含 同位素的种类 3 推导 例1 关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述 正 确的是 A 电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B 电场和磁场是交替地对带电粒子做功的 C 只有电场能对带电粒子起加速作用 D 磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动 CD U q S S1 x P B 例2 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产生的各种不同 正离子束 速度可看作为零 经加速电场加速后垂直进入有 界匀强磁场 到达记录它的照相底片P上 设离子在P上的 位置到入口处S1的距离为x 可以判断
4、 A 若离子束是同位素 则x越大 离子质量越大 B 若离子束是同位素 则x越大 离子质量越小 C 只要x相同 则离子质量一定相同 D 只要x相同 则离子的荷质比一定相同 AD 1 2 1 2 例3 串列加速器是用来产产生高能离子的装置 图图中虚线线框内为为其主体的原理示意图图 其中加速管 的中部b处处有很高的正电势电势 U a c两端均有电电极接 地 电势为电势为 零 现现将速度很低的负负一价碳离子从 a端输输入 当离子到达 处时处时 可被设设在 处处的特 殊装置将其电电子剥离 成为为n价正离子 而不改变变其 速度大小 这这些正n价碳离子从c端飞飞出后进进入一与 其速度方向垂直的 磁感应应强度
5、为为B的匀强磁场场中 在磁场场中做半径为为R的圆圆周运动动 已知碳离子的质质 量为为m 2 0 10 26kg U 7 5 105V B 0 50T n 2 基元电电荷e 1 6 10 19C 求R 0 75m a b c 加速管 加速管 ab C 加速管 加速管 1 2 1 2 解 设设碳离子到达b处时处时 的速度为为v1 从c端射出时时 的速度为为v2 由能量关系得 mv12 2 eU mv22 2 mv12 2 neU 进进入磁场场后 碳离子做圆圆周运动动 R mv2 Bne 得 0 75m a b c 加速管 加速管 ab C 加速管 加速管 三三 速度选择器速度选择器 在电 磁场中
6、若不计重力 则 1 1 速度选择器只选择速度 与电荷的正负无关 2 2 注意电场和磁场的方向搭配 速度选择器 1 任何一个正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器 2 带电粒子必须以唯一确定的速度 包括大小 方向 才能匀速 或者说 沿直线 通过速度选择器 否则将发生 偏转 即有确定的入口和出口 3 这个结论与粒子带何种电荷 电荷多少都无关 v 若速度小于这一速度 电场力将大于洛伦兹力 带电粒子向 电场力方向偏转 电场力做正功 动能将增大 洛伦兹力也 将增大 粒子的轨迹既不是抛物线 也不是圆 而是一条复 杂曲线 若大于这一速度 将向洛伦兹力方向偏转 电场力 将做负功 动能将减小 洛伦兹力也将减小
7、轨迹是一条复 杂曲线 练习 在两平行金属板间有正交的匀强电场 和匀强磁场 一个带电粒子垂直于电场和磁 场方向射入场中 射出时粒子的动能减少了 为了使粒子射出时动能增加 在不计重力 的情况下 可采取的办法是 A 增大粒子射入时的速度 B 减小磁场的磁感应强度 C 增大电场的电场强度 D 改变粒子的带电性质 BC 例 图为一种获得高能粒子的装置 环行区域内存在垂直纸面向外的 大 小可调节的均匀磁场 质量为m 电量为 q的粒子在环中做半径为R的圆周运 动 A B为两块中心开有小孔的极板 原来电势都为零 每当粒子飞经A板 时 A板电势升高为 U B板电势仍保持为零 粒子在两板间的电场中得到加 速 每当
8、粒子离开B板时 A板电势又降为零 粒子在电场中一次次加速下动 能不断增大 而半径不变 1 t 0时粒子静止在A板小孔处 在电场力作用下加速 并绕行第一圈 求 粒子绕行n圈回到A板时获得的总动能EK总 2 为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动 求粒子绕行第n圈时的磁 感应强度Bn 3 求粒子绕行n圈所需的总时间tn 设极板间距远小于R A A U B 0 B O U 例 电视机的显像管中 电子束的偏转是用磁偏转技术实现的 电 子束经过电压为U的加速电场后 进入一圆形匀强磁场区 如图所示 磁场方向垂直于圆面 磁场区的中心为O 半径为r 当不加磁场时 电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点 为了让电子束射到屏幕边缘 P 需要加磁场 使电子束偏转一已知角度 此时磁场的磁感应强度 B应为多少 例 如图 两个共轴的圆筒形金属电极 外电极接地 其上均匀分 布着平行于轴线的四条狭缝 和 外筒的外半径为 在圆 筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场 磁感强度的大小为 在两极间加上电压 使两圆筒之间的区域内有沿向外的电场 一质量 为 带电量为 的粒子 从紧靠内筒且正对狭缝 的 点出发 初速 为零 如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点 则两电 极之间的电压 应是多少 不计重力 整个装置在真空中
