洛倫茲力的實際應用課件

1、洛倫茲力的實際應用洛倫茲力的實際應用知識回顧示波管依靠電場使電子束偏轉(zhuǎn)知識回顧示波管依靠電場使電子束偏轉(zhuǎn) 顯像管中有一個陰極，工作時它能發(fā)射電子，熒光屏被電子束撞擊就能發(fā)光，可是，很細的一束電子打在熒光屏上只能使一個點發(fā)光，而實際上要使整個屏幕發(fā)光，就得利用磁場使電子束偏轉(zhuǎn)洛侖茲力的應用1、電視顯像管的工作原理 顯像管中有一個陰極，工作時它能發(fā)射電子，熒光屏被電子OAB1、如果要使電子束打在熒光屏上的A點，偏轉(zhuǎn)磁場應該沿什么方向？垂直紙面向外2、如果要使電子束打在熒光屏上的B點，偏轉(zhuǎn)磁場應該沿什么方向？垂直紙面向里3、如果要使電子束由B向A點移動，偏轉(zhuǎn)磁場應該怎樣變化？ 先垂直紙面向里由最大逐

2、漸減小到零（BO），然后變?yōu)榇怪奔埫嫦蛲庵饾u增大(OA)。洛侖茲力的應用1、電視顯像管的工作原理OAB1、如果要使電子束打在熒光屏上的A點，偏轉(zhuǎn)磁場應該沿什 電子束在熒光屏上掃描一行之后，迅速返回（虛線），再做下一次掃描，直到熒光屏的下端。 電子束從最上一行到最下一行掃描一遍叫做一場，電視面每秒要進行50場掃描，所以我們感到整個熒光屏都在發(fā)光。洛侖茲力的應用1、電視顯像管的工作原理 電子束在熒光屏上掃描一行之后，迅速返回（虛線），再做顯像管頸部的偏轉(zhuǎn)線圈洛侖茲力的應用1、電視顯像管的工作原理 使電子束偏轉(zhuǎn)的磁場是由兩對線圈產(chǎn)生的，這樣的線圈叫偏轉(zhuǎn)線圈。為了與顯像管的管頸貼在一起，偏轉(zhuǎn)線圈常做成

3、馬蹄形。顯像管頸部的偏轉(zhuǎn)線圈洛侖茲力的應用1、電視顯像管的工作原理 洛侖茲力的應用2、速度選擇器 如圖所示，在平行板電容器間加有正交的勻強電場和勻強磁場，運動電荷垂直于電場及磁場射入運動的電荷受到的電場力和洛侖茲力作用。v0F=Eqf=Bqv粒子向上偏轉(zhuǎn)粒子向下偏轉(zhuǎn)粒子做勻速直線運動 故速率v=E/B的粒子，即使電性不同，荷質(zhì)比不同，也可沿直線穿出右側小孔而其它速率的粒子或者上偏，或者下偏，無法穿出右孔，從而該裝置可達到選速及控速的目的洛侖茲力的應用2、速度選擇器 如圖所示，在平行板電容器 例10帶有等量異種電荷的平行金屬板a、b間存在沿紙面向下的勻強電場，電場強度為E，兩板間還有垂直紙面向里

4、的勻強磁場，磁感應強度為B，如圖所示在此正交電磁場的左側有電量、質(zhì)量、速度都不相等的各種正、負離子沿平行板方向垂直飛入正交電磁場區(qū)，下列說法中正確的是 A只有速度V=E/B的各種離子能沿直線穿過正交電磁場區(qū) B入射速度vE/B的離子經(jīng)過正交電磁場區(qū)后，速度都減小 C入射速度vE/B的正離子經(jīng)過正交電磁場區(qū)后，向b板偏轉(zhuǎn)；入射速度vE/B的負離子經(jīng)過正交電磁場區(qū)后，向a板偏轉(zhuǎn) D速度大小等于E/B的電子從a、b兩板的右側垂直飛入正交電磁場區(qū)時，也能直線穿過正交電磁場區(qū) 例10帶有等量異種電荷的平行金屬板a、 例11、如圖，兩平行的金屬板中間有正交的勻強電場和勻強磁場，一個帶電粒子從垂直于電場和磁

5、場的方向射入兩板間（不計重力），并要求水平穿出電磁場區(qū)，射進時帶電粒子的動能減少了若要使帶電粒子的動能增加，以下方法可行的是 A使粒子帶電性質(zhì)與原來相反 B使粒子的帶電量增加 C增大兩金屬板間的電勢差 D增大兩板間磁場的磁感強度 例11、如圖，兩平行的金屬板中間有正交的勻強電場和勻洛侖茲力的應用3、磁流體發(fā)電機 磁流體發(fā)電機是一項新興技術，它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，如圖是它的示意圖，平行金屬板A、B間有一個很強的磁場，將一束等離子體（高溫下電離的氣體，含有大量的帶正電荷和負電荷的微粒，總體是電中性的）噴入磁場，A、B兩板間便產(chǎn)生電壓。如果把A、B和用電器連接，A、B就是一個直流電源的兩

6、個電極。 等離子體通過管道時，在洛倫茲力作用下，正離子向下偏，負離子向上偏，分別聚集在 B 、 A兩板上，由此在B 、 A兩板間產(chǎn)生電壓。如果把A、B和用電器連接，A、B就是一個直流電源的兩個電極。洛侖茲力的應用3、磁流體發(fā)電機 磁流體發(fā)電機是一項新興 例12、如圖是磁流體發(fā)電機的示意圖，平行金屬板A、B間有一個很強的磁場，將一束等離子體（高溫下電離的氣體，含有大量的帶正電荷和負電荷的微粒，總體是電中性的）噴入磁場，A、B兩板間便產(chǎn)生電壓。如果把A、B和用電器連接，A、B就是一個直流電源的兩個電極。（1）圖中A、B板哪個是發(fā)電機的正極？（2）若A、B板間距離為d，磁感應強度為B，等離子體速度為

7、V，則該發(fā)電機的電動勢為多大？答案：B板為正極；電動勢為(1)左手定則判定B板為正極。（2）在洛倫茲力作用下，正負電荷會分別在B、A兩板上聚集，與此同時，A、B板間會因電荷的積聚而產(chǎn)生由B到A的電場，這一電場對帶電粒子的靜電力與其所受洛倫茲力方向相反。如果外電路斷開，當qE=qvB成立時，A、B兩板間電壓最大值就等于此發(fā)電機電動勢，即U=Ed=dvB.所以此發(fā)電機電動勢為dvB. 例12、如圖是磁流體發(fā)電機的示意圖，平行金屬板A、B 質(zhì)譜儀是一種分析同位素、測定帶電粒子比荷及測定帶電粒子質(zhì)量的重要工具。二、質(zhì)譜儀 質(zhì)譜儀是一種分析同位素、測定帶電粒子比荷及測定帶電粒.+-速度選擇器照相底片質(zhì)譜

8、儀的示意圖二、質(zhì)譜儀利用電場加速利用磁場偏轉(zhuǎn)-粒子源2R加速電壓為U-. 例4、如圖所示，a、b、c、d為四個正離子，電量相等，速度大小關系為vavb= vcvd，質(zhì)量關系為ma= mbmc= md，同時沿圖示方向進入粒子速度選擇器后，一粒子射向P1板，一粒子射向P2板，其余兩粒子通過速度選擇器后，進入另一磁場，分別打在A1和A2兩點。則射到P1板的是_粒子，射到P2板的是_粒子，打在A1點的是_粒子，打在A2點的是_粒子。adcbqvBqE 粒子偏向P2 粒子偏向P1粒子豎直勻速直線 例4、如圖所示，a、b、c、d為四個正離子，電量相等， 例5、如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電

9、場加速后，進入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為B 和E。平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2。平板S下方有強度為B0的勻強磁場。下列表述正確的是A質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外C能通過的狹縫P的帶電粒子的速率等于E/BD粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的荷質(zhì)比越小 例5、如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場 例6、如圖所示，一質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S1飄入電勢差為U=800V的加速電場，然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B=0.40T的勻強磁場中，最后打到

10、底片D上.測得粒子在磁場中運動的軌道半徑為r=5cm。求帶電粒子的比荷是多少？答案： 例6、如圖所示，一質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子從容器A下三、回旋加速器 要認識原子核內(nèi)部的情況，必須把核“打開”進行“觀察”。然而，原子核被強大的核力約束，只有用極高能量的粒子作為“炮彈”去轟擊，才能把它“打開”。產(chǎn)生高能“炮彈”的“工廠”就是各種各樣的粒子加速器。三、回旋加速器 要認識原子核內(nèi)部的情況，必須把核“打開三、回旋加速器1.加速原理：利用加速電場對帶電粒子做正功使帶電粒子的動能增加，qU=Ek2.直線加速器，多級加速 如圖所示是多級加速裝置的原理圖：（一）直線加速器3.困難：技術上不能產(chǎn)生過高電壓；

11、加速設備長。三、回旋加速器1.加速原理：利用加速電場對帶電粒子做正功使帶三、回旋加速器（一）直線加速器（二）回旋加速器 解決上述困難的一個途徑是把加速電場“卷起來”，用磁場控制軌跡，用電場進行加速。 回旋加速器的核心部分是形金屬盒，兩形盒之間留有窄縫，中心附近放置離子源(如質(zhì)子、氘核或 粒子源等)。在兩形盒間接上交流電源，于是在縫隙里形成一個交變電場。形盒裝在一個大的真空容器里，整個裝置放在巨大的電磁鐵兩極之間的強大磁場中，磁場的方向垂直于形盒的底面。三、回旋加速器（一）直線加速器（二）回旋加速器 解決上三、回旋加速器原理：電場使粒子加速，磁場使粒子回旋。離盒時粒子的最大動能：與加速電壓無關，

12、由D形盒半徑?jīng)Q定?；匦芷冢?，與半徑、速度的大小無關。交變電場周期等于粒子做勻速圓周運動周期。粒子每轉(zhuǎn)一周期，交變電場方向改變兩次。三、回旋加速器原理：電場使粒子加速，磁場使粒子回旋。離盒時粒例7、關于回旋加速器，下列說法正確的是 A電場和磁場都是用來加速粒子的B電場用來加速粒子，磁場僅使粒子做圓周運動C粒子經(jīng)加速后具有的最大動能與加速電壓值有關D為了使粒子不斷獲得加速，粒子圓周運動的周期等于交流電的半周期例7、關于回旋加速器，下列說法正確的是 例9、有一回旋加速器，他的交變電壓的頻率為 ，半圓形電極的半徑為0.532m。問加速氘核所需的磁感應強度為多大？氘核所能達到的最大動能為多大？其最大

13、速率有多大？（已知氘核的質(zhì)量為 電荷量為 ）. 解： 例9、有一回旋加速器，他的交變電壓的頻率為 四、霍爾效應 1879年霍耳發(fā)現(xiàn)，把一載流導體放在磁場中，如果磁場方向與電流方向垂直，則在與磁場和電流二者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢差，這一現(xiàn)象稱之為霍耳現(xiàn)象。四、霍爾效應 1879年霍耳發(fā)現(xiàn)，把一載流導體放在磁場四、霍爾效應 如圖，導電板高度為b厚度為 d放在垂直于它的磁場B中。當有電流I通過它時，由于磁場使導體內(nèi)移動的電荷發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結果在 A、A 兩側分別聚集了正、負電荷，在導電板的A、A 兩側會產(chǎn)生一個電勢差U。設導電板內(nèi)運動電荷的平均定向速率為u，它們在磁場中受到的洛侖茲力為：當導電板的A、A 兩側產(chǎn)生電勢差后，運動電荷會受到電場力：導電板內(nèi)電流的微觀表達式為：由以上各式解得：其中 叫霍爾系數(shù)四、霍爾效應 如圖，導電板高度為b厚度為 d放在垂直于 例10、霍爾效應可解釋如下：外部磁場的洛侖茲力使運動的電子聚集在導體板的一側，在導體板的另一側會出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場對電子施加與洛侖茲力方向相反的靜電力。當靜電力與洛侖茲力達到平衡時，導體上下兩側之間就會形成穩(wěn)定的電勢差。設電流I是