课件27张PPT。第三章 磁场3.5 洛伦兹力的应用一、利用磁场控制带电粒子的运动 设真空条件下，匀强磁场限定在一个圆形区域内，该圆形的半径为r，磁感应强度大小为B，方向如图3-5-1所示。 一个初速度大小为v0带电粒子（m,q），沿磁场区域的直径方向从P点射入磁场，粒子在洛伦兹力作用下，在磁场中以半径为R绕O'点做匀速圆周运动，从Q点射出磁场时，速度大小仍是v0，但速度方向已发生了偏转。 设粒子射出磁场时的速度方向与射入磁场时相比偏转了θ角，由图中所示的几何关系可以看出式中匀速圆周运动的半径 ,所以上式可写为 可见，对于一定的带电粒子（m,q一定），可以通过调节B和v0大小来控制粒子的偏转角度θ. 利用磁场控制粒子的运动方向的特点是：只改变带电粒子的运动方向，不改变带电粒子的速度大小。 例1.如图所示，一束电子（电荷量为e）以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场中.穿过磁场时速度方向与电子原来射入方向的夹角是30°，则电子的质量为 ， 穿过磁场的时间是 . 分析：本题已知轨迹上两点的速度方向即轨迹的切线方向，就可以确定圆心的位置，再由此解出半径. 解：因为速度方向改变30°，因此此段轨迹所对应的圆心角为30°，如图所示，由几何关系可得： 半径 R=2d 再由半径公式 可以求出电子的质量 穿过磁场的时间 . 【答案】 【点评】由速度方向的改变确定圆心角的大小是解本题的第一个关键点，通过解直角三角形求出半径R是解本题的第二个关键点. 例2.垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为d的条形区域内，磁感应强度为B．一个质量为m、电量为q的粒子以一定的速度垂直于磁场边界方向从α点垂直飞入磁场 区，如图所示，当它飞 离磁场区时，运动方向 偏转θ角．试求粒子的 运动速度v以及在磁场中 运动的时间t．二、质谱仪 电荷量、质量是带电粒子的两个最基本的参量，带电粒子的电荷量与质量之比，叫做比荷（也叫荷质比） 荷质比的测定对研究带电粒子的组成和结构具有重大意义. 测定带电粒子荷质比的仪器 叫做质谱仪（mass spectrometer）如图3-5-3质谱仪的原理图 1.测定荷质比的装置：B2B1A：电离室：S1—S2：加速电场 S2—S3：速度选择器 B1：匀强磁场 B2：匀强磁场 D：照相底片2.测定荷质比的装置———质 谱仪（由阿斯顿发明） 质谱仪在化学分析、原子核技术中有重要应用。例如，利用质谱仪可检测化学物质或核物质中的同位素和不同成分，阿斯顿于1922年获诺贝尔化学奖。讨论与交流1.在S1、S2之间粒子作什么运动？ 2.粒子经S2进入并能从S3穿出，则在这之间作什么运动？ 3.粒子在S2、S3之间受到几个力？（重力不计） 4.作匀速直线运动的条件是什么 ？ 5.通过分析则进入B2区的粒子的速度的大小? 式中的E、B1、B2和L都可以预先设定或实验测定，则带电粒子的荷质比也就测出来了.S2、S3间：带电粒子所受电场力与洛伦兹力平衡，粒子沿直线S2、S3进入B2区，即 在B2区，粒子做圆周运动发生偏转 化简解得：理论分析：例3 . 图中MN表示真空室中垂直于纸面的平板，它的一侧有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B 。一带电粒子从平板上的狭缝O处以垂直于平板的初速v射入磁场区域，最后到达平板上的P 点。已知B 、v以及P 到O的距离l ．不计重力,求此粒子的电荷q与质量m 之比。解：粒子初速v垂直于磁场，粒子在磁场中受洛伦兹力而做匀速圆周运动，设其半径为R ， 由洛伦兹力公式和牛顿第二定律，有 qvB=mv2/R 因粒子经O点时的速度垂直于OP ． 故OP 是直径，l=2R 由此得 q/m=2v／Bl 三、高能物理研究重要装置———加速器应用实例流程图:低速轻核高速轻核钴核中子γ新核重核肿瘤汽化镍核2．回旋加速器 1．直线加速器 1.加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使 ... ...
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