高二物理洛倫茲力與現(xiàn)代技術-資料下載頁
2025-11-03 18:08本頁面
【導讀】第6節(jié)洛倫茲力與現(xiàn)代技術。半徑、周期公式，并會應用它們解答有關問題．。、質(zhì)譜儀的基本構造，原理以及基本。為了研究物質(zhì)的微觀結構，科學家必須用各種各樣。的加速器產(chǎn)生出速度很大的高能粒子，歐洲核子研。究中心的粒子加速器周長達27km(如圖361所示的大。位于法國和瑞士邊界的歐洲核子研究中心圖361. 或相反)，此時帶電粒子所受洛倫茲力為，粒子將以速度v. 始終和運動方向垂直，因此，帶電粒子速度大小不變，但是速。度方向不斷在變化，所以帶電粒子做運動，洛倫茲。如圖362所示，主要由以下幾部分組成：。利用磁場對帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，由帶電粒子的電荷量、軌道半徑。確定其質(zhì)量，粒子由加速電場加速后進入速度選擇器，勻速運。動，電場力和洛倫茲力平衡qE＝qvB. 轉(zhuǎn)，即打到極板上．②速度選擇器對正負電荷均適用．③速度。選擇器中的E、B1的方向具有確定的關系，僅改變其中一個方?！涮幨艿揭淮坞妶龅募铀?，速率由v
【正文】 粒子在電場中運動的加速度為 a ＝qUmd， 粒子在電場中運動的加速位移為 x ＝ 2 nd ， 設粒子在電場中運動的時間 t2，則 x ＝12at22， 所以 t2＝ 2 dnmqU＝m v dqU. t ＝ t1＋ t2＝π m v R2 qU＋m v dqU＝ (π R ＋ 2 d )m v2 qU. 答案： ( 1 ) ①2 eU 1m ② B 1 d2 e U 1m ③1B 22 mU 1e ( 2 ) ①m vqR ②m v24 qU ③ (π R ＋ 2 d )m v2 qU ( 1 ) 質(zhì)譜儀的兩大重要組成部分是加速電場和偏轉(zhuǎn)磁場，如圖 3 6 1 3 所示為質(zhì)譜儀的原理圖．設想有一個靜止的質(zhì)量為m 、帶電量為 q 的帶電粒子 ( 不計重力 ) ，經(jīng)電壓為 U 的加速電場加速后垂直進入磁感應強度為 B 的偏轉(zhuǎn)磁場中，帶電粒子打至底片上的 P 點，設 OP ＝ x ，則在圖中能正確反映 x 與 U 之間的函數(shù)關 系的是 ( ) 圖 3 6 1 3 ( 2 ) 回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電極相連接的兩個 D 形金屬盒，兩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都能得到加速，兩D 形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中，如圖 3 6 1 4 所示，要增大帶電粒子射出時的動能，則下列說法中正確的是 ( ) A ．增大勻強電場的加速電壓 B ．增大磁場的磁感應強度 C ．減小狹縫間的距離 D ．增大 D 形金屬盒的半徑 圖 3614 解析： ( 1 ) 本題考查質(zhì)譜儀的原理，可根據(jù)帶電粒子在電場、磁場中的運動規(guī)律求解．由題意知， 帶電粒子經(jīng)電場加速后有：Uq ＝12m v2① ，在磁場中，由牛頓第二定律 Bq v ＝m v2r② ， r ＝x2③ ，解 ①②③ 得： x ＝2 mBq2 Uqm，所以 B 正確． ( 2 ) 經(jīng)回旋加速器加速后粒子獲得的動能 E ＝q2B2R22 m，可以看出要增大粒子射出時的動能就要增大磁場的磁感應強度，增大 D形金屬盒的半徑，故 B 、 D 正確；增大勻強電場間的加速電壓，減小狹縫間的距離都不會改變粒子飛出時的動能，只是改變了每次 加速的動能變化量，故 A 、 C 錯誤． 答案： ( 1 ) B ( 2 ) B D 綜合 拓展 提高 【例 3 】 如圖 3 6 1 5 所示， AB 間存在方向與豎直成 45176。 角斜向上的勻強電場 E1， BC 間存在豎直向上的勻強電場 E2， AB間距為 0 .2 m ， BC 間距為 0 . 1 m ， C 為熒光屏，質(zhì)量 m ＝ 1 .0 10－ 3 k g ，電荷量 q ＝＋ 1 . 0 10－ 2 C 的帶電粒子由 a 點靜止釋放，恰好沿水平方向經(jīng)過 b 點到達熒光屏的 O 點．若在 BC 間再加方向垂直紙面向外、大小 B ＝ 1 .0 T 的勻強磁場，粒子經(jīng) b 點偏轉(zhuǎn)到達熒光屏的 O ′ 點 ( 未畫出 ) ． 取 g ＝ 1 0 m /s2，求： 圖 3 6 1 5 ( 1 ) E1的大?。? ( 2 ) 加上磁場后，粒子由 b 點到 O ′ 點電勢能的變化量． 解析： ( 1 ) 粒子在 AB 間做勻加速直線運動，受力如下圖所示， qE1co s 4 5 176。 ＝ mg E1＝mgq co s 4 5 176。＝ 2 V/ m ＝ 1 . 4 V/m ( 2 ) 由動能定理得 ： qE1s in4 5 176。 dAB＝12m v2b vb＝2 qE1s in4 5 176。 dABm＝ 2 gdAB＝ 2 m / s 加磁場前粒子在 BC 間作勻速直線運動則有 qE2＝ mg 加磁場后粒子作勻速圓周運動，軌跡如圖，由洛倫茲力提供向心力得 q vbB ＝m v2bR， R ＝m vbqB＝ 0 . 2 m 設偏轉(zhuǎn)距離為 y ，由幾何關系得： R2＝ d2BC＋ ( R － y )2 y ＝ 2 . 7 10－ 2 m W ＝－ qE2 y ＝－ m g y ＝－ 2 . 7 10－ 4 J 即電勢能變化了 2 . 7 10－ 4 J 答案： ( 1 ) 1 . 4 V/m ( 2 ) 2 . 7 10－ 4 J
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