教科版物理选修3-1第三章 磁场5. 洛伦兹力的应用 （课件 共28张PPT）

(共28张PPT)
（一）、速度选择器
1、若带电粒子带负电，会不会影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选择？
洛伦兹力的应用（速度选择器）
【讨论与交流】
（二）、荷质比(比荷)的测定、质谱仪
1.荷质比(比荷)的概念：带电粒子的电荷与质量之比。
它是带电粒子的基本参量。
2.测定荷质比的装置：
A：电离室:S1—S2：加速电场 　

B：匀强磁场
D：照相底片
3.测定荷质比的装置――质谱仪（最初由汤姆生发现的）。
洛伦兹力的应用（质谱仪）
r
x
洛伦兹力的应用（质谱仪）
【讨论与交流】
　　质子和 粒子以相同的动能垂直进入同一磁场,
它们能分开吗?

1931年，加利福尼亚大学的劳 伦斯提出了一个卓越的思想，通
过磁场的作用迫使带电粒子沿着
磁极之间做螺旋线运动,把长长
的电极像卷尺那样卷起来，发明 了回旋加速器，第一台直径为27cm的回旋
加速器投入运行，它能将质子
加速到1Mev。
1939年劳伦斯获诺贝尔
物理奖。
U
回旋加速器（洛伦兹力的应用）
洛伦兹力的应用（回旋加速器）
【讨论与交流】
1、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时,如果
速率v增大引起半径r增大,其运动周期T是否变化?
2、为了使带电粒子每次经过两D形盒的间隙时,恰能
受到电场力作用且被加速,高频电源的周期应符合
什么条件?
3、设回旋加速器D形盒的半径为R,匀强磁场的磁感
应强度为B,则该回旋加速器最多可以将质量为m、
电荷量为q的带电粒子加速到多大的速度?
周期T=2pm/qB与速率和半径无关，即T不变．
应使高频电源的频率与粒子做匀速圆周运动的频率相同．
当粒子做匀速圆周运动的最大半径等于D形盒的半径时，粒子
的速度达到最大：Vmax=qBR/m.
如果尽量增强回旋加速器的磁场或加大D形盒半径，我们是不是就可以使带电粒子获得任意高的能量吗？
思考：
　　根据爱因斯坦的相对论原理，当带电粒子的速度
接近于光速时，运动粒子的质量不断变大，就破坏了
回旋加速器的工作条件，粒子就不能一直被加速．
磁流体发电机
电磁流流量计
例：假设流量计是如图所示的一段非磁性材料制成的
圆柱形的管道，相关参量如图所示，内径为D，
磁感应强度为B，求：
若管壁上a、b两点间电势差为U，求流量Q。
带电粒子在电场磁场中的运动
带电粒子在电场中的运动
直线运动：如用电场加速或减速粒子
带电粒子在磁场中的运动
直线运动（当带电粒子的速度与磁场平行时）
带电粒子在复合场中的运动
直线运动：
偏转：类似平抛运动，一般分解成两 个分运动求解
圆周运动：以点电荷为圆心运动或受装置约束运动
圆周运动（当带电粒子的速度与磁场垂直时）
螺旋状的运动(当带电粒子的速度与磁场成一定角度时)
圆周运动：
一般的曲线运动
平衡状态
例1:在真空中,匀强电场E的方向竖直向下，匀强磁场B的方向垂直纸面向里,三个油滴a、b、c带有等量同种电荷，已知a静止，b以v向右匀速运动，c以v向左匀速运动，试比较它们的质量：
ma 、mb、 mc的关系

直线运动
例2:质量为m,带电量为q的液滴以速度v沿与水平成45?角斜向上进入正交的匀强电场和匀强磁场叠加区域,电场强度方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里, 液滴在重力、电场力及磁场力共同作用下在场区做匀速直线运动,问:①液滴带什么电?电场强度E和磁感应强度B各多大？
②当液滴运动到某一点A时,电场方向突然变为竖直向上,大小不改变，此时液滴加速度a多大？此后液滴做什么运动？
例3．一个带电微粒在图示的正交匀强电场和匀强磁场中在竖直面内做匀速圆周运动。则该带电微粒必然带_____，旋转方向为_____。若已知圆半径为r，电场强度为 E 磁感应强度为 B，则线速度为_____。
负电，
带电微粒在三个场共同作用下做匀速圆周运动。必然是电场力和重力平衡，而洛伦兹力充当向心力 ！
逆时针，
v = qBr/m = gBr/E
圆周运动
例4. 如图所示,一对竖直放置的平行金属板长为L,板间距离为d,接在电压为U的电源上,板间有一与电场方向垂直的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为B.有一质量为m、带电荷量为+q的油滴，从离平行板上端h高处由静止开始自由下落，由两板正中央p点处进入电场和磁场空间，油滴在p点所受电场力和磁场力恰好平衡，最后油滴从一块极板的边缘D处离开电场和磁场空间；求：
（1）高度h为多少？
（2）油滴在D点时的速度大小。
一般曲线运动
例5．质量为 m 带电量为 q 的小球套在竖直放置的绝缘杆上，球与杆间的动摩擦因数为μ。匀强电场和匀强磁场的方向如图所示，电场强度为 E，磁感应强度为 B。小球由静止释放后沿杆下滑。设杆足够长，电场和磁场也足够大， 求运动过程中小球的最大加速度和最大速度。
最大加速度为 g，此时有：qvB=qE，N=0，f=0
当摩擦力和重力大小相等时，小球速度达到最大
临界问题
问题：若将磁场反向，其余条件不变。最大加速度和最大速度又各是多少？何时出现？
开始的加速度最大为
摩擦力等于重力时速度最大，为
带电体在复合场中的运动
1、带电粒子在电场、磁场、重力场中的运动，简称带电粒子在复合场中的运动，一般具有较复杂的运动图景。这类问题本质上是一个力学问题，应顺应力学问题的研究思路和运用力学的基本规律。
◆分析带电粒子在电场、磁场中运动，主要是两条线索：
⑴力和运动的关系。根据带电粒子所受的力，运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解。
⑵功能关系。根据场力及其它外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系，从而可确定带电粒子的运动情况，这条线索不但适用于均匀场，也适用于非均匀场。因此要熟悉各种力做功的特点。
◆带电体在复合场中受力情况复杂运动情况多变，往往出现临界问题，应以题中“最大”、“最高”、“至少”等词语为突破口，挖掘隐含条件，根据临界条件列出辅助方程，再与其它方程联立求解。
带电粒子在电场磁场中的运动
带电粒子在电场中的运动
直线运动：如用电场加速或减速粒子
带电粒子在磁场中的运动
直线运动（当带电粒子的速度与磁场平行时）
带电粒子在复合场中的运动
直线运动：垂直运动方向的力必定平衡
偏转：类似平抛运动，一般分解成两 个分运动求解
圆周运动：以点电荷为圆心运动或受装置约束运动
圆周运动（当带电粒子的速度与磁场垂直时）
螺旋状的运动(当带电粒子的速度与磁场成一定角度时)
圆周运动：重力与电场力一定平衡，由洛伦兹力提供向心力
一般的曲线运动
带电粒子垂直进入匀强磁场
例4:带电液滴从h高处自由落下,进入一个匀强电场与匀强磁场互相垂直的区域,磁场方向垂直纸面,电场强度为E,磁感应强度为B,已知液滴在此区域中做匀速圆周运动,则圆周的半径R=_______