洛倫茲力與現(xiàn)代技術(shù)

1、討論與交流: 一個(gè)帶電粒子分別以平行、一個(gè)帶電粒子分別以平行、垂直和傾斜于磁場(chǎng)方向的初速垂直和傾斜于磁場(chǎng)方向的初速度進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它在磁場(chǎng)中度進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它在磁場(chǎng)中各做什么運(yùn)動(dòng)？各做什么運(yùn)動(dòng)？一、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（1 1）“平行平行”進(jìn)入：進(jìn)入： B Bv v（2 2）“垂直垂直”進(jìn)入：進(jìn)入：B Bv v（2 2）“垂直垂直”進(jìn)入：進(jìn)入：B Bv vf fv v（2 2）“垂直垂直”進(jìn)入：進(jìn)入：B Bv vf fv v 討論：討論：若帶電粒子質(zhì)量為若帶電粒子質(zhì)量為 mm，電荷量，電荷量為為 q q，粒子以垂直于磁場(chǎng)的初速度，粒子以垂直于磁場(chǎng)的初速度 v v 進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，已知磁場(chǎng)的磁感

2、應(yīng)強(qiáng)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，已知磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為度為 B B。你能求出帶電粒子在磁場(chǎng)中。你能求出帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期嗎？做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期嗎？qvBqvBm m v v2 2r rvr2T qBmvr qBm2T （3 3）“傾斜傾斜”進(jìn)入：進(jìn)入：B Bv v（3 3）“傾斜傾斜”進(jìn)入：進(jìn)入：B Bv v 帶電粒子在磁場(chǎng)帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)演示中的圓周運(yùn)動(dòng)演示 應(yīng)用應(yīng)用1 1如圖所示，在垂直紙面向里的勻如圖所示，在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有強(qiáng)磁場(chǎng)中，有a a、b b兩個(gè)電子從同一處沿垂直兩個(gè)電子從同一處沿垂直磁感線方向開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，磁感線方向開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，a a的初速度為

3、的初速度為v v，b b的初的初速度為速度為2 2v v則（則（ ）A Aa a先回到出發(fā)點(diǎn)先回到出發(fā)點(diǎn) B Bb b先回到出發(fā)點(diǎn)先回到出發(fā)點(diǎn) C Ca a、b b同時(shí)回到出發(fā)點(diǎn)同時(shí)回到出發(fā)點(diǎn) DD不能確定不能確定 a ab b 應(yīng)用應(yīng)用3 3帶電粒子帶電粒子A A（質(zhì)量為（質(zhì)量為mm、電量、電量為為q q）和帶電粒子）和帶電粒子B B（質(zhì)量為（質(zhì)量為4 4mm、電量為、電量為2 2q q）垂直磁感線射入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中）垂直磁感線射入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中（不計(jì)重力）（不計(jì)重力）（1 1）若以相同速度入射，則軌道半徑之）若以相同速度入射，則軌道半徑之比比R Ra a：R Rb b 周 期 之 比 周

4、期 之 比T Ta a：T Tb b 角速度之比角速度之比 a a： b b （2 2）若以相同動(dòng)量入射，則軌道半徑之）若以相同動(dòng)量入射，則軌道半徑之比比R Ra a：R Rb b 周 期 之 比 周 期 之 比T Ta a：T Tb b 角速度之比角速度之比 a a： b b 應(yīng)用應(yīng)用4 4：帶電粒子在電場(chǎng)和磁：帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)共同存在的區(qū)域里運(yùn)動(dòng)，運(yùn)場(chǎng)共同存在的區(qū)域里運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)情況又怎樣？動(dòng)情況又怎樣？+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - -v vB B二、質(zhì)譜儀二、質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)與

5、原理結(jié)構(gòu)與原理加速電場(chǎng)：加速電場(chǎng)：使帶電粒子加速使帶電粒子加速速度選擇器：速度選擇器：選擇粒子選擇粒子選出的粒子選出的粒子 v vE EB B1 1偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)區(qū)：偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)區(qū)：使帶電粒子軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并被拍照使帶電粒子軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并被拍照因偏轉(zhuǎn)半徑因偏轉(zhuǎn)半徑 r rmv/qBmv/qB2 2故荷質(zhì)比為故荷質(zhì)比為 q/mq/mE/BE/B1 1B B2 2r r研究同位素（測(cè)荷質(zhì)比）的裝置研究同位素（測(cè)荷質(zhì)比）的裝置同位素：電荷量相同，同位素：電荷量相同，質(zhì)量有微小差別的元素質(zhì)量有微小差別的元素 質(zhì)譜儀是由湯姆生的學(xué)生質(zhì)譜儀是由湯姆生的學(xué)生阿斯頓（阿斯頓（F.W.Aston,1877-F.W.As

6、ton,1877-1945)1945)發(fā)明的，他用質(zhì)譜儀首先發(fā)明的，他用質(zhì)譜儀首先得到了氖得到了氖-20-20和氖和氖-22-22的質(zhì)譜的質(zhì)譜線，證實(shí)了同位素的存在。阿線，證實(shí)了同位素的存在。阿斯頓因發(fā)明質(zhì)譜儀和發(fā)現(xiàn)非放斯頓因發(fā)明質(zhì)譜儀和發(fā)現(xiàn)非放射性元素的同位素等貢獻(xiàn)而獲射性元素的同位素等貢獻(xiàn)而獲得得19221922年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)0t 2Tt 0t 2Tt tTtT帶電粒子每旋轉(zhuǎn)半周到達(dá)空隙，即被加速帶電粒子每旋轉(zhuǎn)半周到達(dá)空隙，即被加速三、回旋加速器三、回旋加速器結(jié)構(gòu)與原理結(jié)構(gòu)與原理“回旋回旋”區(qū)：區(qū)：兩個(gè)兩個(gè)D形盒子形盒子 處于真空、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中處

7、于真空、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中加速區(qū)：加速區(qū)：兩個(gè)兩個(gè)D形盒子之間的空隙形盒子之間的空隙 空隙間有交變電場(chǎng)空隙間有交變電場(chǎng) 粒子速度增大，旋轉(zhuǎn)半徑也增大，但粒子速度增大，旋轉(zhuǎn)半徑也增大，但運(yùn)轉(zhuǎn)周期不變運(yùn)轉(zhuǎn)周期不變使帶電粒子獲得高能量的裝置使帶電粒子獲得高能量的裝置mmvRqBmvRqmB本課小結(jié)：本課小結(jié)：一、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)平行磁感線進(jìn)入：平行磁感線進(jìn)入：做勻速直線運(yùn)動(dòng)做勻速直線運(yùn)動(dòng)垂直磁感線進(jìn)入：垂直磁感線進(jìn)入：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)半徑：半徑：RmvqB周期：周期：T2m qB二、質(zhì)譜儀：二、質(zhì)譜儀：研究同位素（測(cè)荷質(zhì)比）的裝置研究同位素（測(cè)荷質(zhì)比）的裝置由加速

8、電場(chǎng)、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)組成由加速電場(chǎng)、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)組成三、回旋加速器：三、回旋加速器：使帶電粒子獲得高能量的裝置使帶電粒子獲得高能量的裝置由由D形盒、高頻交變電場(chǎng)等組成形盒、高頻交變電場(chǎng)等組成思考與交流：思考與交流：1 1、如圖所示，回旋加速器的兩、如圖所示，回旋加速器的兩D D形金屬盒處于形金屬盒處于垂直于盒底面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁垂直于盒底面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為感應(yīng)強(qiáng)度為B B，D D形金屬盒的半徑為形金屬盒的半徑為R R，狹縫間，狹縫間的距離為的距離為d d，加速電壓為，加速電壓為U U，若要增大帶電粒子，若要增大帶電粒子（電荷量為（電荷量為q q、

9、質(zhì)量為、質(zhì)量為m m，不計(jì)重力）射出時(shí)的，不計(jì)重力）射出時(shí)的動(dòng)能，則下列方法哪些可行（動(dòng)能，則下列方法哪些可行（ ）C D A A增大勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓增大勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓 B B減小狹縫間的距離減小狹縫間的距離C C增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 DD增大增大DD形金屬盒的半徑形金屬盒的半徑2、如圖為質(zhì)譜儀的原理圖。電荷量為、如圖為質(zhì)譜儀的原理圖。電荷量為q，質(zhì)量為，質(zhì)量為m的帶正電的帶正電粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)過(guò)電勢(shì)差為粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)過(guò)電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入粒的加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入粒子速度選擇器，選擇器中存在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁子速度選擇器，選擇器中存在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為場(chǎng)，勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為E，方向水平向右。已知帶電粒子能，方向水平向右。已知帶電粒子能夠沿直線穿過(guò)速度選擇器，從夠沿直線穿過(guò)速度選擇器，從G點(diǎn)垂直于點(diǎn)垂直于MN進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。該偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是一個(gè)以直線該偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是一個(gè)以直線MN為上邊界、方向垂直于紙面向?yàn)樯线吔纭⒎较虼怪庇诩埫嫦蛲獾膭驈?qiáng)磁場(chǎng)。帶電粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后，外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。帶電粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后，最終到達(dá)照相底片上的最終到達(dá)照相底片上的H點(diǎn)。測(cè)得點(diǎn)。測(cè)得G、H間的距離為間的距離為 l，重力可忽略不計(jì)。，重力可忽略不計(jì)。