洛伦兹力与现代技术学习培训课件.ppt

1、、带电粒子在匀强磁场中运动、带电粒子在匀强磁场中运动点击右图观看实验点击右图观看实验相关链接相关链接 带电粒子只受洛伦兹力作用（重力通常忽略不计）带电粒子只受洛伦兹力作用（重力通常忽略不计）的条件下，在匀强磁场中有两种典型的运动：的条件下，在匀强磁场中有两种典型的运动：1 1v v平行平行B B时，做匀速直线运动时，做匀速直线运动2 2v v垂直垂直B B时，做匀速圆周运动时，做匀速圆周运动 洛伦兹力提供了带电粒子做匀速圆周运动所需的向洛伦兹力提供了带电粒子做匀速圆周运动所需的向心力心力 二、轨道半径和运动周期二、轨道半径和运动周期，洛伦兹力提供向心力：洛伦兹力提供向心力：在匀强磁场中做匀速圆

2、周运动的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子，轨道半径跟运动速率成正比轨道半径跟运动速率成正比由：rvmqvB2得得：qBmvr 周期跟轨道半径和运动速率均无关周期跟轨道半径和运动速率均无关vTmvmqvB)2(由由:得：得：qBmT2A A它们的动能一定各不相同；它们的动能一定各不相同；B B它们的电量一定各不相同；它们的电量一定各不相同；C C它们的质量一定各不相同；它们的质量一定各不相同；D D它们的电量与质量之比一它们的电量与质量之比一 定各不相同定各不相同 例题：例题：如图所示，一束质量、速度和电量不等的正离如图所示，一束质量、速度和电量不等的正离子垂直地射入匀强磁场和匀强

3、电场正交的区域里，结子垂直地射入匀强磁场和匀强电场正交的区域里，结果发现有些离子保持原来的运动方向，未发生任何偏果发现有些离子保持原来的运动方向，未发生任何偏转如果让这些不偏转离子进入另一匀强磁场中，发转如果让这些不偏转离子进入另一匀强磁场中，发现这些离子又分裂成几束对这些进入后一磁场的离现这些离子又分裂成几束对这些进入后一磁场的离子，可得出结论：子，可得出结论：即速度相同的粒子进入到后一磁场，由偏转即速度相同的粒子进入到后一磁场，由偏转半径半径r=r=mv/qBmv/qB不同，知它们的荷质比一定各不相不同，知它们的荷质比一定各不相同同 所以所以D D正确正确qvBqE 由由:解析：解析：对在

4、匀强电场和磁场正交区域内保持原对在匀强电场和磁场正交区域内保持原来的运动方向的粒子，其电场力等于洛伦兹力来的运动方向的粒子，其电场力等于洛伦兹力BEv 得得:三、质谱仪三、质谱仪、电场和磁场都能对带电粒子施加影响，电、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；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粒子发生偏转、质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由、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带电粒子的电荷量，轨道半径确定其质量的仪器

5、，叫做质谱仪器，叫做质谱仪相关链接相关链接、质谱仪的构造、质谱仪的构造带电粒子注入器带电粒子注入器加速电场（加速电场（U U）速度选择器（速度选择器（E,E,B B1 1）偏转磁场（偏转磁场（B B2 2）照相底片照相底片4 4、质谱仪工作原理、质谱仪工作原理二、回旋加速器二、回旋加速器 1 119321932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速年美国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进行多级加速。器，实现了在较小的空间范围内进行多级加速。2 2工作原理：利用电场对带电粒子的加速作用工作原理：利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，和磁场对运动

6、电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件这些过程在回旋加速器的核心部件两个两个D D形形盒和其间的窄缝内完成。盒和其间的窄缝内完成。3 回旋加速器回旋加速器原理原理相关链接相关链接（1 1）磁场的作用：）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，并在洛伦兹力作用下做匀速圆周运进入匀强磁场后，并在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期和速率、半径均无关，带电粒子每次进入动，其周期和速率、半径均无关，带电粒子每次进入D D形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场中加速进入电场

7、中加速（2 2）电场的作用：）电场的作用：回旋加速器的两个回旋加速器的两个D D形盒之间的窄形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两缝区域存在周期性变化的并垂直于两D D形盒正对截面的形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速（3 3）交变电压：）交变电压：为了保证带电粒子每次经过窄缝时都为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高，须在窄缝两侧加上跟带被加速，使之能量不断提高，须在窄缝两侧加上跟带电粒子在电粒子在D D形盒中运动周期相同的交变电压形盒中运动周期相同的交变电压3 3带电粒子的最终能量带电粒子的最终能量所以，要提高加速粒

8、子的最终能量，应尽可所以，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度能增大磁感应强度B B和和D D形盒的半径形盒的半径R R mRBqEm2222 当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由大，由r=r=mv/qBmv/qB得得v=v=rqB/mrqB/m，若若D D形盒的半径为形盒的半径为R R，则带电粒子的最终动能：则带电粒子的最终动能：解析：解析：加速电压越高，带电粒子每次加速的动能增量越加速电压越高，带电粒子每次加速的动能增量越大，回旋半径也增加越多，导致带电粒子在大，回旋半径也增加越多，导致带电粒子在D D形盒中的形盒中的回旋次数越少；

9、反之，加速电压越低，粒子在回旋次数越少；反之，加速电压越低，粒子在D D形盒中形盒中回旋的次数越多，可见加速电压的高低只影响带电粒子回旋的次数越多，可见加速电压的高低只影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出时的速度和相应的动能，加速的总次数，并不影响引出时的速度和相应的动能，由此可知，增强由此可知，增强B B和增大和增大R R可提高加速粒子的最终能量，可提高加速粒子的最终能量，与加速电压高低无关与加速电压高低无关例：例：为什么带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与为什么带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关？加速电压无关？mRBqEm2222小结小结：（）（）回旋加速器利用两回旋加速器利用两D D形盒窄缝间的电场使形盒窄缝间的电场使带电粒子加速，利用带电粒子加速，利用D D形盒内的磁场使带电粒子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偏转，带电粒子所能获得的最终能量与B B和和R R有有关，与关，与U U无关。无关。（）（）带电粒子（不计重力）垂直进入匀强磁场带电粒子（不计重力）垂直进入匀强磁场后，做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力后，做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力;qBmT2周期：周期：qBmvr 半径：半径：（）（）