洛倫茲力與現(xiàn)代科技.pptVIP

1、定義：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力. 安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn). 2、方向：左手定則. F V F B 3、大?。?F洛=qVBsin VB，F(xiàn)洛=qVB。 VB，F(xiàn)洛= 0。 4、特點(diǎn)：洛倫茲力只改變速度的方向; 洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功.,洛倫茲力復(fù)習(xí),物理選修3-1（滬科版）5.6,洛倫茲力與現(xiàn)代科技,3、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)判定,磁場(chǎng)中的帶電粒子一般可分為兩類：,1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和洛侖磁力相比在小得多，除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。,2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。,問題：判斷下圖中帶電粒子（電量q，重力不計(jì)）所受洛倫茲力的大小和方向：,1、勻速直線運(yùn)動(dòng)。,F=qvB,F=0,2、,?,一、 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（重力不計(jì)）,理論探究,猜想：,勻速圓周運(yùn)動(dòng)。,勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：,速度的大小 ，,不變,速度的方向 ；,始終和速度方向垂直,向心力的大小 ，,不變,向心力的方向 。,向心力只改變 ，,向心力不改變 。,速度的大小,速度的方向,不斷變化,洛倫茲力總與速度方向垂直，不改變帶電粒子的速度大小，所以洛倫茲力不對(duì)帶電粒子做功。,由于粒子速度的大小不變，所以洛倫茲力大小也不改變，加之洛倫茲力總與速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。,理論探究,洛侖茲力對(duì)電荷只起向心力的作用，故只在洛侖茲力的作用下，電荷將作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。,理論探究,洛倫茲力總與速度方向垂直，不改變帶電粒子的速度大小，所以洛倫茲力不對(duì)帶電粒子做功。,由于粒子速度的大小不變，所以洛倫茲力大小也不改變，加之洛倫茲力總與速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。,+,一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),工作原理: 由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管內(nèi)的低壓水銀蒸汽發(fā)出輝光,顯示出電子的徑跡,勵(lì)磁線圈：作用是能在兩線圈之間產(chǎn)生平行于兩線圈中心連線的勻強(qiáng)磁場(chǎng),加速電場(chǎng)：作用是改變電子束出射的速度,電子槍：射出電子,構(gòu)造:,1)洛倫茲力演示儀,2、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),2、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，粒子射入的速度增加,軌道半徑增大,粒子射入速度不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，軌道半徑減小,洛倫茲力提供帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力,一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),2、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論,問題3: 推導(dǎo)質(zhì)量為m,電量為q,速度為v的粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓半徑r和周期T的表達(dá)式?,一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),3、運(yùn)動(dòng)規(guī)律,1、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑,2、圓周運(yùn)動(dòng)的周期,思考：周期與速度、半徑有什么關(guān)系？,T=2（mv/qB）/v,3、磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，粒子射入的速度增加，軌道半徑將 。,r=mv/qB v,增大,4、粒子射入速度不變，磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，軌道半徑將 。,r=mv/qB 1/B,減少,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期和運(yùn)動(dòng)速率無(wú)關(guān)。,二、帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、速率和周期：,2v,T=2m/eB,例 1、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩個(gè)電子分別以速率v和2v沿垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，哪個(gè)電子先回到原來(lái)的出發(fā)點(diǎn)？,兩個(gè)電子同時(shí)回到原來(lái)的出發(fā)點(diǎn),運(yùn)動(dòng)周期和電子的速率無(wú)關(guān),軌道半徑與粒子射入的速度成正比,v,兩個(gè)電子軌道半徑如何？,例2一個(gè)帶負(fù)電粒子（質(zhì)量為m，帶電量為q），以速率v在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做逆時(shí)針圓周運(yùn)動(dòng)（沿著紙面），則該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蚶镞€是向外？粒子運(yùn)轉(zhuǎn)所形成的環(huán)形電流的大小為多大？,v,F=qvB,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蛲?I=q/t,I=q/T,T=2（mv/qB）/v,I=q/T=q2B/2m,30,1.圓心在哪里? 2.軌跡半徑是多少?,思考,O,B,v,例3：,r=d/sin 30o =2d,r=mv/qB,t=（ 30o /360o）T= T/12,T=2 m/qB,T=2 r/v,小結(jié)：,r,t/T= 30o /360o,A,=30,v,qvB=mv2/r,t=T/12= m/6qB,3、偏轉(zhuǎn)角=圓心角,1、兩洛倫茲力的交點(diǎn)即圓心,2、偏轉(zhuǎn)角：初末速度的夾角。,4.穿透磁場(chǎng)的時(shí)間如何求？,3、圓心角 =?,F,F,例題 一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從容器下方的小孔S1飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為零，然后經(jīng)過(guò)S3沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后打到照相底片D上。 （1）求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率。 （2）求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。,可見半徑不同意味著比荷不同，意味著它們是不同的粒子,v,O,P,B,S,C,畫軌跡 ,連接OP，作垂直平分線交OS于O,半圓,R=mv/qB,OS=2R= 2 mv/qB,OOP=2 ,T=2 m/qB,t= 2 T/2=2m/qB, =q B t / 2 m,或 OOP= 2 =SOP/R,解:（1）找圓心O,定半徑R,2 ,例4一個(gè)負(fù)離子，質(zhì)量為m，電量大小為q，以速率v垂直于屏S經(jīng)過(guò)小孔O射入存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)的真空室中，如圖所示。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與離子的運(yùn)動(dòng)方向垂直，并垂直于圖中紙面向里。 （1）求離子進(jìn)入磁場(chǎng)后到達(dá)屏S上時(shí)的位置與O點(diǎn)的距離。 （2）如果離子進(jìn)入磁場(chǎng)后經(jīng)過(guò)時(shí)間t到達(dá)位置P，證明：直線OP與離子入射方向之間的夾角跟t的關(guān)系是=qBt/2m,。,qvB=mv2/R,t/T= 2 /2,2 =SOP/R=vt/R= q B t / m =q B t / 2 m,(2)如何求tOP？,t/T= /2,(3)、離子進(jìn)入磁場(chǎng)后經(jīng)過(guò)時(shí)間t到達(dá)位置P速度方向偏轉(zhuǎn)了多少角?,偏轉(zhuǎn)角=圓心角=2,f,三、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的解題思路,找圓心,畫軌跡,1、已知兩點(diǎn)速度方向,2、已知一點(diǎn)速度方向和另一點(diǎn)位置,兩洛倫茲力方向的延長(zhǎng)線交點(diǎn)為圓心,弦的垂直平分線與一直徑的交點(diǎn)為圓心,四、課堂小結(jié)：,（一）、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,垂直入射磁場(chǎng)的帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),F洛=F向,（二）、確定帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法,定圓心，畫圓弧，求半徑。,四、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況研究,1、找圓心：方法 2、定半徑： 3、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：,注意：用弧度表示,1、找圓心：方法 2、定半徑： 3、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：,注意：用弧度表示,t=（ o /360o）T,（二）、確定帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法,二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期有何特征？,可見同一個(gè)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度無(wú)關(guān),回旋加速器就是根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)的,直線加速器,粒子在每個(gè)加速電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，因?yàn)榻蛔冸妷旱淖兓芷谙嗤?回旋加速器,2回旋加速器,回旋加速器,兩D形盒中有勻強(qiáng)磁場(chǎng)無(wú)電場(chǎng)，盒間縫隙有交變電場(chǎng)。,電場(chǎng)使粒子加速，磁場(chǎng)使粒子回旋。,粒子回旋的周期不隨半徑改變。讓電場(chǎng)方向變化的周期與粒子回旋的周期一致，從而保證粒子始終被加速。,練習(xí)：回旋加速器中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形盒的直徑為d，用該回旋加速器加速質(zhì)量為m、電量為q的粒子，設(shè)粒子加速前的初速度為零。求：,（1） 粒子的回轉(zhuǎn)周期是多大？,（2）高頻電極的周期為多大？,（3） 粒子的最大速度