1、洛倫茲力的應(yīng)用,一、運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,F洛=0 勻速直線運(yùn)動(dòng),F洛=Bqv 勻速圓周運(yùn)動(dòng),F洛=Bqv 等距螺旋（090）,在只有洛侖茲力的作用下,一、運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,垂直磁場(chǎng)方向：Rmvsin/qB T=2m/qB 平行磁場(chǎng)方向：螺距 d2mvcos/qB,一、電視顯像管的工作原理,應(yīng)用電子束磁偏轉(zhuǎn)的道理,人類對(duì)速度的渴望從未停止過(guò)，經(jīng)過(guò)前輩們的不懈研究探索，光速幸運(yùn)地成為了我們世界的極限速度。但單就目前人類的科技水平，想要在宏觀世界中接近或達(dá)到光速就好比是天方夜譚。不過(guò)在微觀世界中，由于回旋加速器的出現(xiàn)，粒子已經(jīng)能被加速到很高的速度。因此，回旋加速器被廣泛應(yīng)用于科研、

2、醫(yī)療等諸多方面；且隨著人們需求的增加，可以加速多種粒子的加速器也應(yīng)運(yùn)而生。,超靈敏小型回旋加速器,二、回旋加速器,.直線加速器,原理：帶電粒子受電場(chǎng)力作用，當(dāng)場(chǎng)力對(duì)粒子做正功，使其獲得高能量 缺點(diǎn)： 電壓不可能無(wú)限提高，特別是裝置的耐壓程度有一定的限制 占有得空間范圍大（達(dá)幾公里長(zhǎng)）,.回旋加速器,回旋加速器是利用磁場(chǎng)使帶電粒子作回旋運(yùn) 動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)中經(jīng)高頻電場(chǎng)反復(fù)加速的裝置,回旋加速器的主要結(jié)構(gòu)是在磁極間的真空室內(nèi)有兩個(gè)半圓形的金屬扁盒（D形盒）隔開相對(duì)放置，D形盒上加交變電壓，其間隙處產(chǎn)生交變電場(chǎng)。置于中心的粒子源產(chǎn)生帶電粒子射出來(lái)，受到電場(chǎng)加速，在D形盒內(nèi)不受電場(chǎng)力，僅受磁極間磁場(chǎng)的洛倫茲

3、力，在垂直磁場(chǎng)平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)。,如果D形盒上所加的變交電壓的頻率恰好等于粒子在磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)的頻率，則粒子繞行半圈后正趕上D形盒上極性變號(hào)，粒子仍處于加速狀態(tài)。由,于上述粒子繞行半圈的時(shí)間與粒子的速度無(wú)關(guān)，因此粒子每繞行半圈受到一次加速，繞行半徑增大。經(jīng)過(guò)很多次加速，粒子沿螺旋形軌道從D形盒邊緣引出，能量可達(dá)幾十兆電子伏特（MeV ）,那么如何使交變電壓的頻率恰好等于粒子在磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)的頻率就是回旋加速器要解決的主要問(wèn)題,運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中所受的洛侖茲力為：F=Bqv 帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力為F=mv2 /R 將兩式聯(lián)立得： mv2/R=Bqv R=mv/（Bq） 則粒子做圓周

4、運(yùn)動(dòng)的周期為：T=2R/v T=2m/Bq,由此可見，粒子運(yùn)動(dòng)的周期與其速度、半徑是無(wú)關(guān)的，我們只要每隔半個(gè)周期調(diào)整兩極板間的電壓方向，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電粒子的不斷加速。這也是為什么要使用交流電的原因。,.工作原理,交變電壓的周期帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期 T2m/（Bq）. 設(shè)粒子被引出D形盒前最后半周的軌道半徑為R，則帶電粒子從加速器飛出時(shí)的速度為Vmax=BqR/m.,引出速度只與磁感強(qiáng)度和D形盒半徑有關(guān)，與加速電壓無(wú)關(guān)。因?yàn)榧铀匐妷褐挥绊憥щ娏Ｗ蛹铀俚目偞螖?shù)。,不過(guò)根據(jù)狹義相對(duì)論原理，粒子的質(zhì)量隨速度的增大而增大，如果加于D形盒兩極的交變電場(chǎng)頻率不變的話，粒子由于每次遲到一點(diǎn)而不能保證總

5、被加速。上述回旋加速的理論就不再適用了。 對(duì)于同樣的動(dòng)能，質(zhì)量愈小的粒子速率愈大，相對(duì)論效應(yīng)也愈顯著。因此回旋加速器更適用于加速較重的粒子，但其速率始終不能無(wú)限制的提高。,三、質(zhì)譜儀,.電場(chǎng)和磁場(chǎng)都能對(duì)帶電粒子施加影響，電場(chǎng)既能使帶電粒子加速，又能使帶電粒子偏轉(zhuǎn)；磁場(chǎng)雖不能使帶電粒子速率變化，但能使帶電粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn) .質(zhì)譜儀：利用磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，由帶電粒子的電荷量，軌道半徑確定其質(zhì)量的儀器，叫做質(zhì)譜儀,3.質(zhì)譜儀的構(gòu)造,帶電粒子注入器 加速電場(chǎng)（U） 速度選擇器 （E, B1） 偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（B2） 照相底片,速度選擇器,帶電粒子從上面飛入時(shí)， 無(wú)論是正粒子還是負(fù) 粒子，受到的電場(chǎng)力和 洛侖

6、茲力方向相反，當(dāng) Eq=B1qv時(shí)，即v=E/B1 時(shí)帶電粒子不偏轉(zhuǎn)，沿 直線飛出場(chǎng)區(qū)，當(dāng)速度 大于或小于v=E/B1時(shí)，,帶電粒子就會(huì)偏轉(zhuǎn)，打在極板上，射不出場(chǎng)區(qū)，只能選出v=E/B1的粒子，所以叫做速度選擇器。 注意：如果從下面射入，兩力方向相同，就不是速度選擇器。,霍爾效應(yīng)： 把兩塊平行金屬板放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，讓帶電粒子從兩板中間沿平行板方向射入，正負(fù)粒子所受到的洛侖茲力相反，分別使兩板帶上異種電荷，從面形成一個(gè)電場(chǎng)，電場(chǎng)力阻礙帶電粒子向兩極板運(yùn)動(dòng)，隨著兩板帶的電荷增多，電場(chǎng)力也越大，當(dāng)電場(chǎng)力等于洛侖茲力時(shí)，Eq=Bqv時(shí)帶電粒子沿直線射出，不再向兩板運(yùn)動(dòng)，板上帶的電荷量不變，兩板電壓也不變。E=Bv u=Ed v=u/(Bd) 應(yīng)用：電磁流量計(jì)、磁流體發(fā)電機(jī)、血沉儀等。,4.質(zhì)譜儀工作原理,進(jìn)入B2勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，在洛侖茲力的作用下作圓周運(yùn)動(dòng)，帶電粒子做半個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)后打在底片上并被接收，形成一個(gè)細(xì)條紋，測(cè)出細(xì)條紋到狹縫之