洛仑兹力与现代技术.ppt

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1、第五节洛仑兹力在现代技术中的运用1、带电粒子q的初速度v方向与磁场B平行，洛伦兹力的大小为多少？2、带电粒子q的初速度v方向与磁场B垂直，洛伦兹力的大小为多少？如果该粒子只受洛伦兹力，则粒子分别做何运动？忽略粒子所受重力一、带电粒子在磁场中的运动：1、v//B，带电粒子f洛=0，则粒子做匀速直线运动2、v⊥B，带电粒子f洛=Bvq，则粒子做匀速圆周运动B-vv回顾：匀速圆周运动的特点、规律思考：如果已知带电粒子的质量为m、速度为v，带电量为q，匀强磁场磁感强度为B，可以推导出粒子运动圆轨道半径r=？，运动周期T=？结论：r=mv/BqT=2πm/qB一、速度选择器的工作原理题

2、：带电粒子（带正电）q以速度v垂直进入匀强电场，受电场力作用，运动方向将发生偏转，如图所示。若在匀强电场范围内再加一个匀强磁场，使该带电粒子的运动不偏转，求所加匀强磁场的方向和磁感应强度的大小。要点·疑点·考点分析：电荷进入电场，受垂直向下的电场力作用而偏转，若使它不发生偏转，电荷受所加磁场的洛仑兹力方向一定与电场力方向相反，根据左手定则和洛仑兹力方向确定磁场方向：垂直纸面、背向读者，如图所示。因为f洛=F电要点·疑点·考点说明：若我们在该装置前后各加一块挡板，让电量相同的不同速度的带电粒子从前边挡板中小孔射入，经过匀强电场和磁场，只有其运动速度刚好满足f洛=F电的粒子运动轨

3、迹不发生偏转，从第二块挡板上小孔中射出。改变匀强电场或匀强磁场的大小，就可以得到不同速度的带电粒子。这个装置就叫做速度选择器（v=E/B）问：若将一个能通过某速度选择器的正电荷换成一个电量相等速度不变的负电荷，它还能通过该速度选择器吗？为什么？答：能。因为虽然它所受电场力和洛仑兹力方向都与正电荷方向相反，但大小仍然相等，其合力仍然为零，所以能通过。要点·疑点·考点二、质谱仪如图所示的是一种质谱仪的示意图，其中MN板的左方是带电粒子速度选择器，选择器内有正交的匀强磁场和匀强电场，一束有不同速率的正离子水平地由小孔进入场区.速度选择器原理分析：讨论：1、若带电粒子带负电，会不会影

4、响速度选择器对速度的选择？2、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？3、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二、第六节洛沦兹力与现代技术质谱仪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=2U/B2r2，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。(1)速度选择部分：路径不发生偏转的离子的条件是Eq=Bqv，即v=E/B.能通过速度选择

5、器的带电粒子必是速度为该值的粒子，与它带多少电和电性、质量均无关.(2)质谱仪部分：经过速度选择器后的相同速率的不同离子在右侧的偏转磁场中做匀速圆周运动，不同荷质比的离子轨道半径不同.P位置为照相底片记录粒子的位置.（能求出x吗？x与哪些因素有关？）要点·疑点·考点三、磁流体发电机(霍尔效应)图所示的是磁流体发电机原理图，其原理是：等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到两极板上，在两极板上产生电势差.设A、B平行金属板的面积为S，相距L，等离子气体的电阻率为，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感应强度为B，板外电阻为R，当等离子气体匀速通过A、B板间

6、时，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势.此时离子受力平衡：Eq=Bqv,v=E/B,电动势E=BLv.要点·疑点·考点四、电磁流量计电磁流量计原理可解释为：如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动.要点·疑点·考点导电液体中的自由电荷(正负离子)在洛伦兹力作用下纵向偏转，a、b间出现电势差.当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定.由Bqv=Eq=Uq/d,可得v=U/Bd.流量Q=Sv=dU/4B.【说明】此类问题也可用电磁感应的相关知识进行处理.要点·疑点·考点经速度选择器选中的速度相等，

7、质量不等的粒子经偏转磁场后，由于半径不等而分开。其实质谱仪中也要用到速度选择器，如图磁流体发电机等离子体——即高温下电离的气体，含有大量的带正电荷和负电荷的微粒，总体是电中性的。类似的还有磁流体发电机：等离子体喷入磁场区域，磁场区域中有两块金属板A和B，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上、下偏转而聚集到A、B板产生电势差。设B为磁感应强度，d为两板间距，v为喷射速度，最大电势差Um，则：如图：是用来测定导电液体在导管中流动时流量的仪器，设导管直径为d，用非磁性材料制成，磁感应强度为B，a、b间测出电势差为