洛伦兹力习题课

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复习è洛伦兹力的概念:运动电荷在磁场中 受到的作用力。 通电导线在磁场中所受到的安培力是 大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。è洛伦兹力的方向由左手定则判定 1、正电荷的运动方向与电流方向相同, 负电荷运动方向与电流方向相反。 2、洛伦兹力垂直于ν与Β所在的平面è洛伦兹力的大小 1.当电荷运动方向与磁场方向垂直 (v⊥B)时,f=qvB. 2.当电荷的运动方向与磁场方向平行 (v//B)时,电荷不受洛伦兹力.è洛伦兹力对运动电荷不做功è区分带电粒子在电场和在磁场中受力 情况不同 带电粒子置于电场中必受电场力,与运动状 态无关,但在磁场中洛伦兹力的大小和方向 与运动状态有关 洛伦兹力的应用(带电粒子在磁场中的运动)〖观察与思考〗 洛伦兹力演示仪 演示2 1、未加磁场时,电子束的径迹是怎样的? 2、加上匀强磁场时,令电子束垂直地射 入磁场,其径迹又是怎样的? 洛伦兹力的应用(带电粒子在磁场中的运动)【讨论与交流】1、什么条件下,电子在匀强磁场中的径迹为直线、圆?2、与同学讨论,导出质量为m、电荷量为q的带电粒子在匀强磁场B中做匀速圆周运动的轨道半径r和周期T的公式:在匀强磁场中洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力: 即:f=qvB=mv2/r 故得:r=mv/qB 2? r 2? r mv 2? m又有: T= ? ? ? v v qB qB3、当带电粒子与磁场成一定角度射入,粒子在磁场里做什么运动? 洛伦兹力的应用(带电粒子在磁场中的运动)(一)、速度选择器 1、原理示意图  2、原理: 3、学生讨论 若带电粒子带负电,会不会 影响速度选择器对速度的选 择? 若把磁场或电场反向,会不会影响速度选择器对 速度的选择? 若把磁场和电场同时反向,会不会影响速度选择器对 速度的 洛伦兹力的应用(带电粒子在磁场中的运动) (二)、荷质比的测定、质谱仪 1.荷质比的概念:带电粒子的电荷与质量之比。它是带 电粒子的基本参量。 2.测定荷质比的装置: A:电离室:S1—S2:加速电场   S2—S3:速度选择器 B:匀强磁场 D:照相底片 3.电子就是通过测定荷质比而被发现的。 4.测定荷质比的装置――质谱仪(最 初由汤姆生发现的)。 5.质谱线:从离子源中射出的带电粒子的电量相同,而质 量有微小差别,由公式q/m=E/B1B2r,它们进入磁场后将 沿不同的半径做圆周运动,打在照相底片的不同位置, 在底片上形成若干谱线条的细条,叫质谱线。得用质谱 线可以准确地测出各种同位素的原子量。 洛伦兹力的应用(带电粒子在磁场中的运动)思考: 质子和 ? 粒子以相同的动能垂直进入同一磁场,它们能分开吗? 洛伦兹力的应用(带电粒子在磁场中的运动)(三)、回旋加速器 ? 回旋加速器是原子核物理学中获得高速粒子的一种装 置。这种装置结构虽然很复杂,但其基本原理就是利 用上面提到的那个回旋共振频率与速率无关的性质。 如图,回旋加速器的核心部分为D形盒,它的形状有如 扁圆的金属盒沿直径剖开的两半,每半个都象字母"D" 的形状。两D形盒之间留有窄缝,中心附近放置离子源 (如质子、氘核或α粒子源等)。在两D形盒间接上交 流电源(其频率的数量级为106周/秒),于是在缝隙 里形成一个交变电场。由于电屏蔽效应,在每个D形盒 的内部电场很弱。D形盒装在一个大的真空容器里,整 个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中,这 磁场的方向垂直于D形盒的底面。离子的运动情况如图: 洛伦兹力的应用(带电粒子在磁场中的运动) 【讨论与交流】1、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时,如果速率v增大引起半径r增大,其运动周期T是否变化?2、为了使带电粒子每次经过两D形盒的间隙时,恰能受到电场力作用且被加速,高频电源的频率应符合什么条件?3设回旋加速器D形盒的半径为R,匀强磁场的磁感应强度为B,则该回旋加速器最多可以将质量为m、电荷量为q的带电粒子加速到多大的速度?? 练习:一半径为R的半 圆形光滑绝缘滑轨置 1 2 于垂直向里的匀强磁 mgR ? m 2 V 场B中.一带电量+q, 质量m的小球在A点无 2 初速释放,沿滑轨运 m N ? mg ? f ? V 动.在运动过程中, R 小球在最低点时对滑 轨的压力为:(设整 f ? BqV 个运动过程小球不离 开轨道) T ? 3mg ? Bq 2gR洛伦兹力的应用(带电粒子在磁场中的运动) 作业: 课本P92~93 1、2、3 P95 第 5题 复习è洛伦兹力的概念:运动电荷在磁场中 受到的作用力。 通电导线在磁场中所受到的安培力是 大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。è洛伦兹力的方向由左手定则判定 1、正电荷的运动方向与电流方向相同, 负电荷运动方向与电流方向相反。 2、洛伦兹力垂直于ν与Β所在的平面è洛伦兹力的大小 1.当电荷运动方向与磁场方向垂直 (v⊥B)时,f=qvB. 2.当电荷的运动方向与磁场方向平行 (v//B)时,电荷不受洛伦兹力.è洛伦兹力对运动电荷不做功è区分带电粒子在电场和在磁场中受力 情况不同 带电粒子置于电场中必受电场力,与运动状 态无关,但在磁场中洛伦兹力的大小和方向 与运动状态有关 洛伦兹力的应用(带电粒子在磁场中的运动)〖观察与思考〗 洛伦兹力演示仪 演示2 1、未加磁场时,电子束的径迹是怎样的? 2、加上匀强磁场时,令电子束垂直地射 入磁场,其径迹又是怎样的? 洛伦兹力的应用(带电粒子在磁场中的运动)【讨论与交流】1、什么条件下,电子在匀强磁场中的径迹为直线、圆?2、与同学讨论,导出质量为m、电荷量为q的带电粒子在匀强磁场B中做匀速圆周运动的轨道半径r和周期T的公式:在匀强磁场中洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力: 即:f=qvB=mv2/r 故得:r=mv/qB 2? r 2? r mv 2? m又有: T= ? ? ? v v qB qB3、当带电粒子与磁场成一定角度射入,粒子在磁场里做什么运动? 洛伦兹力的应用(带电粒子在磁场中的运动)(一)、速度选择器 1、原理示意图  2、原理: 3、学生讨论 若带电粒子带负电,会不会 影响速度选择器对速度的选 择? 若把磁场或电场反向,会不会影响速度选择器对 速度的选择? 若把磁场和电场同时反向,会不会影响速度选择器对 速度的 洛伦兹力的应用(带电粒子在磁场中的运动) (二)、荷质比的测定、质谱仪 1.荷质比的概念:带电粒子的电荷与质量之比。它是带 电粒子的基本参量。 2.测定荷质比的装置: A:电离室:S1—S2:加速电场   S2—S3:速度选择器 B:匀强磁场 D:照相底片 3.电子就是通过测定荷质比而被发现的。 4.测定荷质比的装置――质谱仪(最 初由汤姆生发现的)。 5.质谱线:从离子源中射出的带电粒子的电量相同,而质 量有微小差别,由公式q/m=E/B1B2r,它们进入磁场后将 沿不同的半径做圆周运动,打在照相底片的不同位置, 在底片上形成若干谱线条的细条,叫质谱线。得用质谱 线可以准确地测出各种同位素的原子量。 洛伦兹力的应用(带电粒子在磁场中的运动)思考: 质子和 ? 粒子以相同的动能垂直进入同一磁场,它们能分开吗? 洛伦兹力的应用(带电粒子在磁场中的运动)(三)、回旋加速器 ? 回旋加速器是原子核物理学中获得高速粒子的一种装 置。这种装置结构虽然很复杂,但其基本原理就是利 用上面提到的那个回旋共振频率与速率无关的性质。 如图,回旋加速器的核心部分为D形盒,它的形状有如 扁圆的金属盒沿直径剖开的两半,每半个都象字母"D" 的形状。两D形盒之间留有窄缝,中心附近放置离子源 (如质子、氘核或α粒子源等)。在两D形盒间接上交 流电源(其频率的数量级为106周/秒),于是在缝隙 里形成一个交变电场。由于电屏蔽效应,在每个D形盒 的内部电场很弱。D形盒装在一个大的真空容器里,整 个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中,这 磁场的方向垂直于D形盒的底面。离子的运动情况如图: 洛伦兹力的应用(带电粒子在磁场中的运动) 【讨论与交流】1、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时,如果速率v增大引起半径r增大,其运动周期T是否变化?2、为了使带电粒子每次经过两D形盒的间隙时,恰能受到电场力作用且被加速,高频电源的频率应符合什么条件?3设回旋加速器D形盒的半径为R,匀强磁场的磁感应强度为B,则该回旋加速器最多可以将质量为m、电荷量为q的带电粒子加速到多大的速度?? 练习:一半径为R的半 圆形光滑绝缘滑轨置 1 2 于垂直向里的匀强磁 mgR ? m 2 V 场B中.一带电量+q, 质量m的小球在A点无 2 初速释放,沿滑轨运 m N ? mg ? f ? V 动.在运动过程中, R 小球在最低点时对滑 轨的压力为:(设整 f ? BqV 个运动过程小球不离 开轨道) T ?
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