《物理》下冊(cè)第四節(jié)-洛倫茲力課件

1、【做實(shí)驗(yàn)找規(guī)律】 +-O K A +-O K A N 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生了作用力，使電子束運(yùn)動(dòng)的徑跡發(fā)生了彎曲，打在射線(xiàn)管的另一端O點(diǎn)。 一、洛倫茲力 1洛倫茲力 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力通常叫做洛倫茲力。 洛倫茲力的方向可用左手定則判斷：伸開(kāi)左手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直并在同一平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線(xiàn)垂直穿入手心，并使伸開(kāi)的四指指向正電荷的運(yùn)動(dòng)方向（或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向），則大拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正（負(fù)）電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向。2洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向與磁場(chǎng)方向垂直。3洛倫茲力的大小 當(dāng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角為q 時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力的大小為

2、 Bqv+q 當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)方向在一條直線(xiàn)上，即q =0或q =180 時(shí)，電荷不受洛倫茲力。討論Bv+qBv+q 當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)方向垂直，即q =90 時(shí)，洛倫茲力的大小為Bqv+q 當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的洛倫茲力f 等于電荷量q、速率v、磁感應(yīng)強(qiáng)度B三者的乘積。 二、帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)的運(yùn)動(dòng) 由于洛倫茲力垂直于帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，因此，洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功，它只改變帶電粒子的速度方向不改變其速度大小。 若帶電粒子只受洛倫茲力，則由f = qvB 可知，v 恒定時(shí)，f 也恒定， 粒子在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。vBfOvvf

3、fR 1帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 當(dāng)帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí)，若帶電粒子只受洛倫茲力的作用，粒子在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 2軌道半徑 若帶電粒子的質(zhì)量為m，根據(jù)洛倫茲力公式和向心力公式，可以計(jì)算出粒子的軌道半徑R。 對(duì)給定的帶電粒子和磁場(chǎng)來(lái)說(shuō) ，m、q、B均為常量，所以帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑跟粒子的速率成正比。 由上式可知，m和q相同的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們的周期與粒子速度和圓的半徑無(wú)關(guān)。3運(yùn)動(dòng)周期將代入得說(shuō)明 由公式R=mv/qB可知，速率大的粒子在磁場(chǎng)中要走大圓圈，速率小的同類(lèi)粒子則走小圓圈，但他們的運(yùn)動(dòng)周期均相同。A1AAAA0AA

4、1v1v0 B BE三、回旋加速器1回旋加速器的工作原理 放在A0處的粒子源發(fā)出一個(gè)帶正電的粒子，它以某一速率v0垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)半個(gè)周期，當(dāng)它沿著 半圓弧A0A1 到達(dá)A1 時(shí)，在A1A1處造成一個(gè)向上的電場(chǎng)，使這個(gè)帶電粒子在A1A1處受到一次電場(chǎng)的加速，速率由v0增加到v1。然后粒子以速率v1在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 A1AAA2AA0A4A5A3AA1A2A3A4A5v2v5v4v3v1v0 每當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)到A1A1、A3 A3 等處時(shí)都使它受到向上電場(chǎng)的加速，每當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)到A2A2、A4A4等處時(shí)都使它受到向下電場(chǎng)的加速，粒子將沿著圖示的螺線(xiàn) A0A1A1A

5、2A2回旋下去，速率將一步一步地增大。 B BEESN2回旋加速器的構(gòu)造 兩個(gè)D 形盒之間留一個(gè)窄縫，在中心附近放有粒子源。D形盒裝在真空容器中， 整個(gè)裝置放在巨大電磁鐵的兩極之間，磁場(chǎng)方向垂直于D形盒的底面。把兩個(gè)D形盒分別接在高頻電源的兩極上，如果高頻電源的周期與帶電粒子在D形盒中的運(yùn)動(dòng)周期相同，帶電粒子就可以不斷地被加速，沿螺線(xiàn)軌道運(yùn)動(dòng)。 【例題】 a 粒子（即氦原子核，q=2e，m=6.64510-27kg）以1.6107m/s的速率垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，求作用在a 粒子上的洛倫茲力和粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。 解 已知：q=2e=21.610-19C=3.210-19C ， m=6.6410-27kg ，v=1.6107m/s B=1T 求：f、R作用在a 粒子上的洛倫茲力為 a粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為 由向心力公式 得 【課堂練習(xí)題】 1試判斷