3.5洛伦兹力的应用

带电粒子在匀强磁场的运动：RmvqvB2半径：周期：qBmvRT22基本方法：根据过程画轨迹→确定圆心→几何法或半径公式求半径→匀速圆周运动规律结合平面几何知识求解qBmvR§3-5．洛伦兹力的应用一．速度选择器质谱仪221mvqU1qvBqE加速器速度选择器1BEvUvvqvBqEU●●●●●●●●●●●●r①③B2mqUv2×××××××××+-②B1，E×××××××××＋－vE/B1偏向正极板vE/B1偏向负极板【例1】某带电粒子从图中速度选择器左端由中点O以速度v0向右射去，从右端中心a下方的b点以速度v1射出；若增大磁感应强度B，该粒子将打到a点上方的c点，且有ac=ab，则该粒子带___电；第二次射出时的速度为_____。若要使粒子从a点射出,电场E=.abcov0212022vvv一．速度选择器质谱仪速度选择器：（1）任何一个正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。（2）带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。否则将发生偏转。即有确定的入口和出口。（3）这个结论与粒子带何种电荷、电荷多少都无关。＋＋＋＋＋＋＋－－－－―――v练习1:在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子垂直于电场和磁场方向射入场中，射出时粒子的动能减少了，为了使粒子射出时动能增加，在不计重力的情况下，可采取的办法是：A.增大粒子射入时的速度B.减小磁场的磁感应强度C.增大电场的电场强度D.改变粒子的带电性质BC磁偏转●●●●●●●●●●●●vr在偏转磁场中，粒子在磁场中运动的轨道半径mqUqBmqBmvr222B2222BUqmr不同的运动半径，对应不同的粒子质荷比；当电荷量相同（同位素）时，则对应不同的粒子质量rvmqvB22美国斯坦福大学研制的直线加速器长达3千多米，可把电子能量加速到50GeV。•2013年诺贝尔物理学奖10月8日在瑞典揭晓，比利时理论物理学家弗朗索瓦·恩格勒和英国理论物理学家彼得·希格斯因希格斯玻色子的理论预言获奖。•希格斯玻色子，又称“上帝粒子”，是最后一种未被发现的基本粒子，也是解释物质质量之谜的最重要粒子。恩格勒今年81岁，希格斯84岁，两人1964年各自提出了希格斯玻色子理论。二．回旋加速器●＋－＋－●v0●v1●●v2●●v3●●v4●工作原理最大速度RmBqvm~ⅡⅠ特点：（1）粒子在D形盒内作匀速圆周运动，由qvB=mv2/r得v=qBr/m，当r达最大值R时，vm=qBR/m，故动能最大值（2）粒子每经过两D形盒间隙，就被加速一次，设共经过n次加速，则nqU=EK，可得n=.mrBqn2222Ek=222qBRnmU回旋加速器特点：（3）又粒子每经过一次半圆运动为半个周期T，且T=2πm/qB不变，故加速总时间t=.（4）交变电场和粒子匀圆的周期关系是_____。222qBRnmUmrBqn2222Ek=22BRtU美国实验物理学家劳伦斯(E.O.Lawrence)1932年建成了回旋加速器，并用它产生了人工放射性同位素，为此获得了1939年的诺贝尔物理奖。我国兰州高能物理实验室的回旋加速器三．磁流体发电＋－等离子气体的正、负离子进入极板间，在洛伦兹力作用下分别向两个极板偏转板间形成匀强电场，正、负离子受到与洛伦兹力方向相反的电场力当电场力与洛伦兹力大小相等时，离子不再偏转qBvdUqBvdU断路时BdvEU外闭合时rRBdvrBdvIrEU外例：如图所示的磁流体发电机，已知横截面积为矩形的管道长为l，宽为a,高为b，上下两个侧面是绝缘体，前后两个侧面是电阻可忽略的导体，分别与负载电阻R的一端相连，整个装置放在垂直于上、下两个侧面的匀强磁场中，磁感应强度为B。含有正、负带电粒子的电离气体持续匀速地流经管道，假设横截面积上各点流速相同，已知流速与电离气体所受的摩擦力成正比，且无论有无磁场存在时，都维持管两端电离气体的压强差为P。如果无磁场存在时电离气体的流速为v0，那么有磁场存在时，此磁液体发电机的电动势E的大小是多少？已知电离气体的平均电阻率为ρ。albvBR简解：无磁场由电离气体匀速压力等于摩擦力。即Pab=f=KVo有磁场时，内部导电气体受安培力向左且F=BIa水平方向受力平衡：Pab-BIa=Kv∴V=Vo（1-BI/Pa）……①又由全电路欧姆定律ε=I（R+ρa/bl）……②竖直方向受力平衡：qε/a=qvB∴ε=Bav……③由上三式可得：ε=albvBR四．电磁流量计洛伦兹力使液体中的正、负离子向上下管壁偏转，在管内形成电场为匀强电场BvVdL稳定时，管壁竖直顶端间有稳定的电势差，qvBdUqBdUvdvLLdtVQ44/4/22dBUv例：如图所示为一电磁流量计的示意图，截面为正方形的非磁性管，其边长为d，内有导电液体流动，在垂直液体流动方向加一指向纸里的匀强磁场，磁感应强度为B．现测得液体a、b两点间的电势差为U，求管内导电液体的流量Q为多少？例：一种测量血管中血流速度的仪器原理如图所示，在动脉血管的左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接电压表。设血管的直径是d，磁场的磁感强度为B，电压表测出的电压为U，则血流速度大小为多少？流量为多少？由Eq=Bqv得：E=BVU=Ed=BVd得：V=U/Bd流量：Q=SV=πdU/4BIBdh五、霍尔效应I=neSv=nedhveU/h=evBU=IB/nedabcdBIL1L2六、磁强计---测量磁感强度BB=E/v=U/vL1v=I/nqS=I/nqL1L2B=nqL2U/I