(學(xué)案)洛倫茲力和現(xiàn)代五項(xiàng)科技

1、工作原理:工作原理:速度選擇器原理：其功能是選擇的帶電粒子設(shè)一束質(zhì)量、電性、帶電量、速度均不同的粒子束(重力不計(jì))，從S1孔垂直磁場和電場方 向進(jìn)入兩板間，當(dāng)帶電粒子進(jìn)入電場和磁場共存空間時(shí)，受至I 力和作用當(dāng)粒子的受力滿足,即速度滿足時(shí)，粒子勻速運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可以從S2孔飛出。由此可見，盡管有一束速度不同的粒子從S1孔進(jìn)入，但能從S22 1 2 孔飛出的粒子只有一種速度，而與粒子的無關(guān).質(zhì)譜儀：主要用于測量粒子的質(zhì)量、比荷、研究同位素質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)原理離子發(fā)生器A (發(fā)射出電量q、質(zhì)量m的粒子從A中小孔S 飄出時(shí)速度大小不計(jì))靜電加速器：粒子從S1進(jìn)入后，經(jīng)電壓為U的電場加速后，從S2孔以

2、速度v飛出；1偏轉(zhuǎn)磁場B：從偏轉(zhuǎn)磁場邊界擋板上的小孔S3進(jìn)入，做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)；3感光片F(xiàn)：粒子在偏轉(zhuǎn)磁場中做半圓運(yùn)動(dòng)后，打在感光膠 片的P點(diǎn)被記錄，可以測得PS間的距離L。4問題討論：設(shè)粒子的質(zhì)量為叭 帶電量為q (重力不計(jì))，加速電場的電壓為U,粒子經(jīng)電場加速由 動(dòng)能定理有：.；磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，若測出粒子在偏轉(zhuǎn)磁場的軌道直徑為L， 則L=， 所以同位素的荷質(zhì)比和質(zhì)量分別為m=;q/m=。霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)。金屬導(dǎo)體板放在垂直于它的勻強(qiáng)磁 場中，當(dāng)導(dǎo)體板中通過電流時(shí)，在平行于磁場且平行 于電流的兩個(gè)側(cè)面間會(huì)產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象叫霍爾 效應(yīng)。2霍爾效應(yīng)的解釋。如圖，截面為矩形的金屬

3、導(dǎo) 體，在x方向通以電流I,在z方向加磁場B,導(dǎo)體中自由電子逆著電流方向運(yùn)動(dòng)。由左手定則可以判斷，運(yùn)動(dòng)的電子在洛倫茲力作用下向 表面聚集，在導(dǎo)體的上表面A就會(huì)出現(xiàn)多余的電荷，形 表面電勢高，表面電勢低的電勢差，導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)場，電場方向由，以后運(yùn)動(dòng)的電子將同時(shí)受和作用，隨著表面電荷聚集，力增加，最終會(huì)使運(yùn)動(dòng)的電子達(dá)到受力平衡而勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)導(dǎo)體上下兩表面間就出現(xiàn)穩(wěn)定的電勢差?；魻栃?yīng)中的結(jié)論設(shè)導(dǎo)體板厚度為h(y軸方向)、寬度為d、通入的電流為I,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，上下表面間的電勢差為U。導(dǎo)體中單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n電子的電量為e,定向移動(dòng)速度大小為v,上 下表面間的電勢差的表達(dá)式4、應(yīng)

4、用(1).電磁流量計(jì)是利用霍爾效應(yīng)來測量管道中液體 流量(單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的液體的體積)的一種 設(shè)備。其原理為：圓形管道直徑為d (用非磁性材料制成)， 管道內(nèi)有向左勻速流動(dòng)的導(dǎo)電液體，在管道所在空間加一 垂直管道向里的勻強(qiáng)磁場，設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B；管道內(nèi)隨 液體一起流動(dòng)的自由電荷(正、負(fù)離子)在洛倫茲力作用下垂直磁場方向偏轉(zhuǎn)，使管道上 ab兩點(diǎn)間有電勢差，管道內(nèi)形成電場；當(dāng)自由電荷 時(shí)，ab間電勢差就保持穩(wěn)定，測出ab間電勢差U的大小，則粒子運(yùn)動(dòng)的速度v=,故管道內(nèi)液體的流量Q=(2).磁流體發(fā)電機(jī)：就是利用等離子體來發(fā)電。等離子體的產(chǎn)生：在高溫條件下(例如2000K)氣體發(fā)生電離，電

5、離后的氣體中含有離 子、電子和部分未電離的中性粒子，因?yàn)檎?fù)電荷的密度幾乎相等，從整體看呈電中性，這 種高度電離的氣體就稱為等離子體，也有人稱它為“物質(zhì)的第四態(tài)”。偏轉(zhuǎn)，形成了電場，場強(qiáng)方向,以后進(jìn)入極板間的帶電粒子除受到洛倫茲力F洛之外，還受到電場力F的作用，只要F F，帶電粒子就繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，極板上就繼續(xù)積累 電洛 電電荷，使極板間的場強(qiáng)增加，直到帶電粒子所受白為止。此后帶電粒子進(jìn)入極板間不再偏轉(zhuǎn)，極板上也就不再積累電荷而形成穩(wěn)定的電勢差電動(dòng)勢的計(jì)算：設(shè)兩極板間距為d， 根據(jù)兩極電勢差達(dá)到最大值的條 件，即v=，則磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢E=回旋加速器1932年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明的回旋加速器，

6、是磁場和電場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用規(guī)律在 科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用典例回旋加速器是用來加速帶電粒子使之獲得高能量的裝置。因此，要使粒子每次經(jīng)過窄縫時(shí)都能被加速的條件是：即高頻電源的頻率為/電=，才能實(shí)現(xiàn)回旋加速。(2)粒子加速后的最大動(dòng)能即高頻電源的頻率為/電=，才能實(shí)現(xiàn)回旋加速。D形盒的半徑R 一定，粒子圓周運(yùn)動(dòng)的最后半周的半徑為R,根據(jù)可知,粒子最終的速度v=,所以帶電粒子的最大動(dòng)能Ekm=加速次數(shù)加速一次獲得的能量：;加速的次數(shù)由此可知，加速電壓的高低只會(huì)影響，并不影響粒子在加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間：BB一個(gè)周期內(nèi)帶電粒子被加 次，所以粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t=若計(jì)上粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，則粒子在兩D形盒

7、間的運(yùn)動(dòng)可視為初速度為零的勻加 速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)間隙為d,有：nd 二 1 qu2 md因?yàn)橐驗(yàn)镽 d，所以t t，故粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間可以忽略 磁電1.回旋加速器的結(jié)構(gòu)?；匦铀倨鞯暮诵牟糠质莾蓚€(gè)D形盒(如圖所示)，在兩盒之間 留有一條窄縫，在窄縫中心附近放有粒子源0。D形盒裝在真空容器中，整個(gè)裝置放在巨大 的電磁鐵的兩極之間，勻強(qiáng)磁場方向垂直于D形盒的底面。把兩個(gè)D形盒分別接到高頻電源 的兩極上。 工作原理。從粒子源0放射出的帶電粒子，經(jīng)兩D形盒間的電場后，垂直磁場方向進(jìn)入某一 D形盒內(nèi)，在洛倫茲力的作用下彳 運(yùn)動(dòng)，經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)個(gè)周期后又回到窄縫。此時(shí)窄縫間的電場方向恰好，帶電粒子在窄縫中再一次被，以更大的速度進(jìn)入另一D形盒做 ，這樣，帶電粒子不斷被加速，直至它在D形盒內(nèi)沿螺線軌道運(yùn)動(dòng)逐漸趨于盒的邊緣，當(dāng)粒子達(dá)到預(yù)期的速率后， 用特殊裝置將其引出。問題討論：加速電壓為U,粒子的質(zhì)量為m、帶電量為q,(1)高頻電源的頻率f 電帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)的周期T=帶電粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)，每次經(jīng)過窄縫都被電場加速，運(yùn)動(dòng)速度，在磁場中運(yùn)動(dòng)半徑，但粒子在磁場中每運(yùn)動(dòng)