第 三 章 磁 場第 三 章 磁 場 第 六 節(jié) 洛 倫 茲 力 與 現(xiàn) 代 技 術(shù) 第 三 章 磁 場一 、 帶 電 粒 子 在 勻 強(qiáng) 磁 場 中 的 運(yùn) 動(dòng)若 帶 電 粒 子 （ 不 計(jì) 重 力 ） 以 沿 著 與 勻 強(qiáng) 磁 場 垂 直 的 方 向 射入 磁 場 ， 粒 子 將 如 何 運(yùn) 動(dòng) ？2、 洛 倫 茲 力 的 方 向 總 是 與 速 度 方 向 垂 直 ， 洛 倫 茲 力 只 會(huì) 改 變 粒 子 速 度的 方 向 ， 不 會(huì) 改 變 其 大 小 。 1、 由 于 是 勻 強(qiáng) 磁 場 ， 洛 倫 茲 力 大 小 保 持 不 變3、 該 帶 點(diǎn) 粒 子 將 會(huì) 做 勻 速 圓 周 運(yùn) 動(dòng) ， 洛 倫 茲 力 提 供 向 心 力 。 第 三 章 磁 場亥 姆 霍 茲 線 圈電 子 槍磁 場 強(qiáng) 弱 選 擇 擋加 速 電 壓 選擇 擋 洛 倫 茲 力 演 示 器 第 三 章 磁 場實(shí) 驗(yàn) ：觀 察 1： 不 加 磁 場 時(shí) 電 子 束 軌 跡觀 察 2 若 加 逆 時(shí) 針 的 勵(lì) 磁 電 流 ， 磁 場 方 向 如 何 ， 電 子 偏 轉(zhuǎn) 方 向 將 如 何 ？若 加 順 時(shí) 針 的 勵(lì) 磁 電 流 ， 磁 場 方 向 如 何 ， 電 子 偏 轉(zhuǎn) 方 向 將 如 何 ？觀 察 3改 變 加 速 電 壓 和 勵(lì) 磁 電 流 時(shí) ， 電 子 束 軌 跡 半 徑 有 何 變 化 ？ 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場結(jié) 論 1： 不 加 磁 場 時(shí) 電 子 束 軌 跡 軌 跡 是 一 條 直 線結(jié) 論 2: 帶 電 粒 子 垂 直 于 磁 場 方 向 進(jìn) 入 磁 場 后 將 做 勻 速 圓 周 運(yùn) 動(dòng) ， 洛 倫茲 力 提 供 向 心 力結(jié) 論 3： 磁 場 增 強(qiáng) 時(shí) 電 子 束 軌 跡 圓 半 徑 變 小 ， 電 子 速 度 增 大 時(shí) ， 半 徑變 大 第 三 章 磁 場1、 帶 電 粒 子 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 的 半 徑勻 強(qiáng) 磁 場 中 帶 電 粒 子 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 的 半 徑 與 哪 些 因 素 有 關(guān) ？思 路 : 帶 電 粒 子 做 勻 速 圓 周 運(yùn) 動(dòng) ， 洛 倫 茲 力 提 供 向 心 力 ?？?見 r與 速 度 v、 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 B、 粒 子 的 比 荷 有 關(guān) 2vqvB m r m vr qB 第 三 章 磁 場2、 帶 電 粒 子 在 勻 強(qiáng) 磁 場 中 做 勻 速圓 周 運(yùn) 動(dòng) 的 周 期帶 電 粒 子 在 勻 強(qiáng) 磁 場 中 做 勻 速圓 周 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 周 期 如 何 求 解 ？ rT vm vr q B mT q B 22 根 據(jù)又可 知可 見 同 一 個(gè) 粒 子 在 勻 強(qiáng) 磁 場 中做 勻 速 圓 周 運(yùn) 動(dòng) 的 周 期 與 速 度無 關(guān) 第 三 章 磁 場例 1： 一 個(gè) 帶 電 粒 子 ， 沿 垂 直 于 磁 場 的 方 向 射 入 一 勻 強(qiáng) 磁 場 粒 子 的 一段 徑 跡 如 下 圖 所 示 徑 跡 上 的 每 一 小 段 都 可 近 似 看 成 圓 弧 由 于 帶 電粒 子 使 沿 途 的 空 氣 電 離 ， 粒 子 的 能 量 逐 漸 減 小 (帶 電 量 不 變 ) 從 圖 中 情況 可 以 確 定 （ ）A 粒 子 從 a到 b， 帶 正 電B 粒 子 從 a到 b， 帶 負(fù) 電C 粒 子 從 b到 a， 帶 正 電D 粒 子 從 b到 a， 帶 負(fù) 電 C 粒 子 做 圓 周運(yùn) 動(dòng) ， 洛 倫茲 力 提 供 向心 力半 徑 越 來 越 小由 左 手 定 則 確 定 電 性 第 三 章 磁 場應(yīng) 用 ：同 一 磁 場 中 不 同 帶 電 粒 子 的 跡徑 不 同 m vr q B 能 否 根 據(jù) 帶 電 粒 子 的 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 分 辨初 速 度 為 零 但 比 荷 不 同 的 粒 子 ？ 質(zhì) 譜 儀通 過 測 出 粒 子 圓 周 運(yùn) 動(dòng) 的 半 徑 ，計(jì) 算 粒 子 的 比 荷 或 質(zhì) 量 及 分 析 同位 素 的 儀 器 . 第 三 章 磁 場二 、 質(zhì) 譜 儀 原 理 分 析質(zhì) 譜 儀 與 現(xiàn) 代 科 技 第 三 章 磁 場二 、 質(zhì) 譜 儀 原 理 分 析思 考 ：（ 1） 粒 子 在 S1、 S2的 電 場 中 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) ，電 場 力 是 否 對 粒 子 做 功 ？ 如 何 計(jì) 算 粒子 的 速 度 ？（ 2） 若 粒 子 在 P 1、 P2之 間 做 直 線 運(yùn) 動(dòng) ，粒 子 的 速 度 滿 足 什 么 條 件 ？212qU m v=加 速 ： 1qE qvB粒 子 通 過 速 度 選 擇 器 第 三 章 磁 場二 、 質(zhì) 譜 儀 原 理 分 析思 考 ：（ 3） 粒 子 在 偏 轉(zhuǎn) 磁 場 中 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 是 什 么力 提 供 向 心 力 ？ 如 何 計(jì) 算 粒 子 的 比 荷 ？ 2 2mvqvB R=粒 子 在 磁 場 中 偏 轉(zhuǎn)1 2q Em B B r= 第 三 章 磁 場 例 2.一 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 差 為 U的 加 速 電 場 ， 其 初 速 度 幾 乎 為 零 ， 然 后經(jīng) 過 S3沿 著 與 磁 場 垂 直 的 方 向 進(jìn) 入 磁 感應(yīng) 強(qiáng) 度 為 B的 勻 強(qiáng) 磁 場 中 ， 最 后 打 到 照相 底 片 D上 。（ 1） 求 粒 子 進(jìn) 入 磁 場 時(shí) 的 速 率 。（ 2） 求 粒 子 在 磁 場 中 運(yùn) 動(dòng) 的 軌 道 半 徑 第 三 章 磁 場 例 2.一 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 差 為 U的 加 速 電 場 ， 其 初 速 度 幾 乎 為 零 ，（ 1） 求 粒 子 進(jìn) 入 磁 場 時(shí) 的 速 率 。思 路 引 導(dǎo)粒 子 在 S1S2間 做 初 速 度 為 零 的 加 速 運(yùn) 動(dòng) ，電 場 力 做 功 ， 可 利 用 動(dòng) 能 定 理 求 解 21 22 qUm v qU v m 解 ： 由 可 得 ： 第 三 章 磁 場 例 2. 經(jīng) 過 S3沿 著 與 磁 場 垂 直 的 方 向 進(jìn) 入磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 為 B的 勻 強(qiáng) 磁 場 中 ， 最 后 打到 照 相 底 片 D上 。（ 2） 求 粒 子 在 磁 場 中 運(yùn) 動(dòng) 的 軌 道 半 徑思 路 引 導(dǎo)粒 子 在 磁 場 中 做 勻 速 圓 周 運(yùn) 動(dòng) ， 洛 倫 茲 力提 供 向 心 力 2r1 2v m vqvB m r qBm Uv r B q 解 ： 由 得代 入 可 得 ： 半 徑 不 同 ， 意 味著 比 荷 不 同 ， 意味 著 它 們 是 不 同的 粒 子 第 三 章 磁 場思 考 ： 如 何 加 速 帶 電 粒 子 ？讓 粒 子 通 過 加 速 電 場 ， 可 對 粒 子 加 速 。如 何 使 粒 子 獲 得 較 大 速 度 ？采 用 多 次 加 速 的 方 法1.直 線 加 速 器三 、 回 旋 加 速 器 第 三 章 磁 場回 旋 加 速 器 與 人 們 的 生 活 2 回 旋 加 速 器 第 三 章 磁 場回 旋 加 速 器 工 作 原 理 分 析 第 三 章 磁 場回 旋 加 速 器 構(gòu) 造 和 原 理兩 D形 盒 中 有 勻 強(qiáng) 磁 場 無 電場 ， 盒 間 縫 隙 有 交 變 電 場 。電 場 使 粒 子 加 速 ， 磁 場 使 粒 子 回 旋 。粒 子 回 旋 的 周 期 不 隨 半 徑 改 變 。 讓電 場 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 。 第 三 章 磁 場1.在 磁 場 中 做 圓 周 運(yùn) 動(dòng) ,周 期 不 變2.每 一 個(gè) 周 期 加 速 兩 次3.電 場 的 周 期 與 粒 子 在 磁 場 中 做 圓 周 運(yùn) 動(dòng) 周 期 相 同4.電 場 一 個(gè) 周 期 中 方 向 變 化 兩 次5.粒 子 加 速 的 最 大 速 度 由 盒 的 半 徑 決 定6.電 場 加 速 過 程 中 ,時(shí) 間 極 短 ,可 忽 略結(jié) 論 第 三 章 磁 場例 3： 關(guān) 于 回 旋 加 速 器 的 工 作 原 理 ，下 列 說 法 正 確 的 是 ：A.電 場 用 來 加 速 帶 電 粒 子 ， 磁 場 則 使帶 電 粒 子 回 旋B.電 場 和 磁 場 同 時(shí) 用 來 加 速 帶 電 粒 子C.同 一 加 速 器 ， 對 某 種 確 定 的 粒 子 ，它 獲 得 的 最 大 動(dòng) 能 由 加 速 電 壓 決 定D.同 一 加 速 器 ， 對 某 種 確 定 的 粒 子 ，它 獲 得 的 最 大 動(dòng) 能 由 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 B決 定 和 加 速 電 壓 決 定 答 案 :A 粒 子 在 電 場 中 做 加 速 運(yùn) 動(dòng) ,在 磁 場 中 做 圓 周 運(yùn) 動(dòng)粒 子 獲 得 的 最 大 動(dòng) 能 由 粒 子受 到 的 洛 倫 茲 力 提 供 向 心 力求 解 第 三 章 磁 場 1.同 一 種 帶 電 粒 子 以 不 同 速 度 垂 直 射入 一 勻 強(qiáng) 磁 場 中 ， 其 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 如 圖， 則 可 知 ： 這 些 速 度 的 大 小 關(guān) 系 如 何 ？ 三 束 粒 子 從 O 點(diǎn) 出 發(fā) 分 別 到 達(dá) 1、 2、 3所 用 時(shí) 間 關(guān) 系 如 何 ？ 第 三 章 磁 場2.回 旋 加 速 器 兩 個(gè) D形 金 屬 盒 間 的 狹 縫 中 形 成 的 周 期 性變 化 的 電 場 ， 使 粒 子 在 通 過 狹 縫 時(shí) 都 能 得 到 加 速 ， 兩 D形 金 屬 盒 處 于 垂 直 于 盒 底 的 勻 強(qiáng) 磁 場 中 ， 如 圖 所 示 ，要 增 大 帶 電 粒 子 射 出 時(shí) 的 動(dòng) 能 ， 下 列 措 施 可 行 的 是 ( )A 增 大 勻 強(qiáng) 電 場 間 的 加 速 電 壓B 增 大 磁 場 的 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度C 減 小 狹 縫 間 的 距 離D 增 大 D形 金 屬 盒 的 半 徑答 案 ： BD 第 三 章 磁 場 3、 一 帶 電 粒 子 在 磁 感 強(qiáng) 度 為 B的 勻 強(qiáng) 磁 場中 做 勻 速 圓 周 運(yùn) 動(dòng) ， 又 進(jìn) 入 另 一 磁 感 強(qiáng)度 為 2B的 勻 強(qiáng) 磁 場 中 仍 做 勻 速 圓 周 運(yùn) 動(dòng)， 則 （ ） A.粒 子 的 速 率 加 倍 ， 周 期 減 半 B.粒 子 的 速 率 不 變 ， 軌 道 半 徑 減 半 C.粒 子 的 速 率 減 半 ， 軌 道 半 徑 變 為 原 來的 1/4 D.粒 子 速 率 不 變 ， 周 期 減 半 洛 倫 茲 力 不 做 功 ,速 率 不 變答 案 :B D 第 三 章 磁 場4.如 圖 所 示 ， 一 束 電 子 (電 荷 量 為 e)以 速 度 v垂直 射 入 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 為 B、 寬 度 為 d的 勻 強(qiáng) 磁 場 中 ，穿 透 磁 場 時(shí) 速 度 方 向 與 原 來 入 射 方 向 的 夾 角 是30 ， 則 電 子 的 質(zhì) 量 是 _， 穿 透 磁 場 的時(shí) 間 是 _ 第 三 章 磁 場思 路 引 導(dǎo)利 用 動(dòng) 能 定 理 計(jì) 算 動(dòng) 能由 洛 倫 茲 力 提 供 向 心 力 計(jì) 算 半 徑由 周 期 公 式 比 較 周 期 大 小 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場