洛伦兹力的应用2
洛伦兹力的应用2
一、速度选择器
思考讨论：
3、如果此装置中 1、如果粒子所带电 的电场和磁场方向 荷变为负电荷，仍从 2、如果带电粒子从右 同时反向，此装置 左向右入射，此装置 向左入射，此装置是否 是否可以作速度选 择器用？如果可以， 是否还能作为速度选 能作为速度选择器用 那么粒子应该从哪 择器使用？ 在电、磁场中，若不计重力，则：个方向入射？
二、质谱仪
1.构造 ①带电粒子注入器 ②加速电场（U） ③速度选择器（E、B1)
④偏转磁场（B2) ⑤照相底片
3、推导
1 2 偏转：R mv 1 d 加速：qU mv qB 2 2
1 1 R d 2 B 2mU q
三、回旋加速器
1.利用电场使粒子加 速
粒子获得动能
1 2 E qU mv 2
E ① 当v>E/B粒子向哪个方向偏？ qE qvB v B ② 当v<E/B粒子向哪个方向偏？
1.速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关；
2.注意电场和磁场的方向搭配。
练习: 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： BC 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
2、直线加速器
＋
－ ＋
－
＋
－
＋
－
m q
·
U 一 级
U 二 级 U
… … U n 级
三 级
粒子获得的能量：E=nqU
3、回旋加速器
U
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
洛伦兹力的应用
洛伦兹力的应用洛伦兹力是物理学中一个重要的概念，它描述了带电粒子在磁场中运动时所受到的力。
这个概念在科学研究和实际应用中有着广泛的应用。
下面将分析和讨论洛伦兹力在几个不同领域中的具体应用。
一、物理学研究洛伦兹力是电磁场理论的重要组成部分，它被广泛应用于物理学研究中。
在粒子物理学实验中，科学家通过在加速器中产生高能带电粒子，利用洛伦兹力将这些粒子引导到特定的轨道上。
这样可以精确测量粒子的质量、电荷量以及其他物理性质，从而对物质的微观结构和宇宙的演化有更深入的了解。
二、电力工程洛伦兹力在电力工程中也有重要应用。
例如，电力传输系统中的输电线路通常悬挂在电力塔上，这些输电线路中的电流受到地球磁场的影响而受到洛伦兹力的作用。
通过合理设计电力输电线路的位置和形状，可以在电力输送过程中最大程度地减小洛伦兹力对输电线路的影响，提高电力传输效率。
三、磁共振成像磁共振成像（MRI）是一种常用的医学检测技术，它利用了洛伦兹力的原理。
在MRI扫描中，患者会被置于一个强磁场中，这个磁场可以改变人体组织内部的原子核的旋转方向。
通过施加不同的电磁场脉冲，可以使原子核的旋转发生预定的变化。
利用洛伦兹力的原理，医生可以通过探测这些变化来获取人体内部组织的详细结构信息，从而进行诊断和治疗。
四、磁力驱动器洛伦兹力也被应用于磁力驱动器中，这是一种利用洛伦兹力驱动物体运动的技术。
通过在水中施加磁场，并通过控制磁场的方向和强度，可以使装有磁导体的物体受到洛伦兹力的作用而运动。
磁力驱动器可以应用在水下机器人、船舶推进器和高速列车等领域，实现无摩擦、高效率的运动。
五、电子加速器洛伦兹力在电子加速器中应用广泛。
电子加速器是一种利用电场和磁场加速电子束的设备。
通过在加速器中施加强磁场，并通过调节磁场的强度和方向，可以使电子束受到洛伦兹力的作用而加速运动。
电子加速器广泛应用于科学研究、材料分析和放射治疗等领域，具有重要的实际应用价值。
综上所述，洛伦兹力在物理学研究、电力工程、医学诊断和治疗、磁力驱动器以及电子加速器等领域都有着广泛的应用。
洛伦兹力在现代科技上的应用
汇报人：
01
03
05
02
04
洛伦兹力是磁场 对带电粒子的作 用力
大小与带电粒子的 电荷量、速度和磁 感应强度有关
方向与带电粒子 的运动方向和磁 场方向垂直
在现代科技中洛伦 兹力常用于粒子加 速器、磁悬浮列车 等领域
公式：F=qv×B 解释：F为洛伦兹力q为电荷量v为速度B为磁感应强度 说明：洛伦兹力的大小与电荷量、速度和磁感应强度均成正比 应用：在粒子加速器、回旋加速器等现代科技设备中广泛应用
磁场调控：通过调控洛伦兹力实现对微观粒子的精确操控有望应用于量子计算和纳米科技领 域。
磁场干扰：洛伦兹力对 磁场敏感容易受到外部 磁场干扰影响设备的稳 定性和精度。
能量损耗：由于洛伦兹 力的存在能量会在运动 过程中产生损耗影响设 备的效率和寿命。
技术难度：由于洛伦 兹力的复杂性和不确 定性相关技术的应用 需要高超的技术水平 和深入的理论研究。
磁场驱动的微纳操 作：利用洛伦兹力 对微纳尺度物体进 行精确操控有望在 微电子制造、纳米 光子学等领域发挥
重要作用。
掌握应对洛伦兹力的技术手 段
了解洛伦兹力对现代科技的 影响
探索洛伦兹力在现代科技中 的新应用
加强国际合作与交流共同应 对挑战与机遇
汇报人：
洛伦兹力在磁共振成像技术中的应用实例：如医学诊断、地质勘探等。
洛伦兹力在磁共振成像技术中的未来发展：随着科技的不断进步洛伦兹力在磁共振 成像技术中的应用将更加广泛和深入。
粒子加速器：利用电场对带电粒子进行加速的装置 洛伦兹力：运动电荷在磁场中所受到的力
应用：在粒子加速器中洛伦兹力起到关键作用通过改变磁场和电场实现对粒子的加速和聚焦 重要性：洛伦兹力在粒子加速器中扮演着至关重要的角色是现代科技领域中的重要应用之一
洛伦兹力的应用PPT课件2 教科版
B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于 D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P， 粒子的比荷越小
回 旋 加 速 器
由预习⑶可知，直线加速需要高压或多级加速
回 旋 加 速 器
能否仅用一个电场实现多次加速？
关键在于如何让带电粒子反复穿过电场？ （预习⑴）
0 v1 v2
v1 v2 v3
向下 向上 向下
回 旋 加 速 器
回旋加速器如何获得更高的能量（更大的速度）？ 增大R 增大B
若Rm一定，如何获得更高能量？
mvm Rm qB
1 q 2 Rm ห้องสมุดไป่ตู้ 2 2 Ekm mvm 2 2m
2
与U无关
回 旋 加 速 器
例2：回旋加速器中磁场的磁感应强度为1T，用来加 速α粒子时，电极应采用多大频率的交变电流？如 果α粒子在轨道半径为1m时被引出，α粒子具有的 能量是多少电子伏？
回 旋 加 速 器
n 1 2 3 第n次加速 初速度 第n次加速 末速度 第n次加速 电场方向 第n次磁偏转 第n次磁偏转 时间 半径 T m mv t1 r1 1 2 qB qB T m mv2 t2 r2 2 qB qB T m mv t3 r3 3 2 qB qB
106V
泰州市第三高级中学 2014.10
陈波
质 谱 仪
带电粒子的基本参量是电荷量、质量，带电粒 子的电荷量与质量之比q/m，叫做比荷（荷质 比），如何测定？ 已学知识中有没有涉及q/m的？
v2 qvB m r
mv r qB
q v m Br
测定比荷，需测定v和r 若v一定，则只需测r，如何让v一定？ 回顾预习⑵
洛伦兹力的应用-精品课件
一、回旋加速器
一、回旋加速器
真空容器
匀强磁场
粒子源
高频电源
2个D型 金属盒
引出装置
一、回旋加速器 1. 极板间的电压应该满足什么条件？
2m T qB
U
0
T圆周 2 T圆周 2
T0
t
要使粒子每次经过电场都被 加速，应在电极上加一个交 变电压。且：
2 m TE TB qB
一、回旋加速器 2. 粒子获得的最大速度与动能
U ~
占地面积大， 造价贵。
北京正负电子对撞机BEPC (直线注入器）
中科院高能物理研究所 /bepczz/zxfzt/
斯坦福直线加速器(约3.2公里）
...＋ . . . .＋ . .... － .... － v .... ....
. . . . .B . . . . . － ..... ＋ ..... ＋ ..... .....
一、回旋加速器
3. 回旋加速器D形盒中央为质子流,D形盒间的交变电压 为U=2×104V,静止质子经电场加速后，进入D形盒，其 最大轨道半径R=1m，磁场的磁感应强度B=0.5T，质子 的电量q=1.60×10－19C，质量m=1.67×10-27Kg问： （1）质子经回旋加速器最后得到的动能是多大？共加 速了多少次？ 2 2 2 1 B q R 2 （2）交变电源的频率是多大？E mv
mv R qB
vmax
qBR m
2
与加速 电压无 关！
2
1 1 qBR 2 q B 2 2 E mv m( ) R 2 2 m 2m
粒子获得的最大速度与动能只与粒子的带 电量、质量、磁感应强度B、回旋加速器半 径有关！与加速电场无关。
洛伦兹力的应用(二)
计算要正确
乍一看题目很复杂,试一试越做越简单
单个粒子在磁场中的应用
例2.真空室内存在匀强磁场，磁场方向垂直于
纸面向里，磁感应强度大小B=0.6T。磁场内有一块
平面感光板ab，板面与磁场方向平行，在距ab的距
离为L=16cm 处，有一个点状的α放射源S，它向各
个方向发射α粒子，α粒子的速度都是
电子，设电子在磁场中偏转半径也为R，已知电子
的质量为m，电量为q。
R
⑴速度方向分别与ox方向夹角成60°和90°的电子，
在磁场中运动时间分别是多少？
⑵所有从磁场边界出射的电子速度方向有何特征？ 图 1
X O
试作图证明。
一群粒子在磁场中的应用
文件名
一群粒子在磁场中的应用
探究题：如图示，xoy平面内有一束宽度为d=4cm 的电子流，其中电子的速率均为v，都平行于ox轴向 右匀速运动。已知电子质量为 m，电量为q，图中A点 Y
电粒子可能经过的区域，其中
确的
一群粒子在磁场中的应用
mv R 哪个图是正 Bq
2R
2R
O
2R R
O
R
2R
A
B
2R
O
2R 2R 2R
O
2R
R
C
一群粒子在磁场中的应用
D
文件名
一群粒子在磁场中的应用
例3.真空中有一个半径为R的圆形匀强磁场区域,
磁场方向垂直于纸面向里，ox为过边界上O点的切
线。从O点在纸面内向各个方向发射速率均为v0的
洛伦兹力的应用（二）
单个粒子在磁场中的应用
一群粒子在磁场中的应用
例1.如图两块水平放置的平行金属板A、B，板长
洛伦兹力的应用2
例 ：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的 叙述，正确的是( CD ) A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的 C、只有电场能对带电粒子起加速作用 D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做 匀速圆周运动
下列关于回旋加速器的说法中，正确的是 （ C ） A．D形盒内既有匀强磁场，又有匀强电场 B．电场和磁场交替使带电粒子加速 C．磁场的作用是使带电粒做圆周运动，获得多次被 加速的机会 D．带电粒子在D形盒中运动的轨道半径不断增大，周 期也不断增大
交变电压的周期
2m T qB
粒子获得最大速度 粒子获得最大动能
qBR mvm vm R m qB 2 1 2 (qBR) Ekm mv m 2 2m
与加速电压无关！
已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B， 交变电压的电压为U， 求：（1）从出口射出时，粒子的动能Ek=？ （2）要增大粒子的最大动能可采取哪些措施？
二、加速器 （一）、直线加速器 1．加速原理：利用加速电场对带电粒子做 正功使带电粒子的动能增加，qU=Ek．
2．直线加速器，多级加速 如图所示是多级加速装置的原理图：
由动能定理得带电粒子经n极的电场加 速后增加的动能为：
E k q (U 1 U 2 U 3 U n )
B
mv D qB 2
1 2 E K mv 2
D
V=？
U
q B D EK 8m
2
2
2
q B D EK 8m
2
2
2
D越大，EK越大，是不是只要D不断增大， EK 就可 以无限制增大呢？
实际并非如此．例如：用这种经典的回旋加速器来加 速粒子，最高能量只能达到20兆电子伏．这是因为当 粒子的速率大到接近光速时，按照相对论原理，粒子 的质量将随速率增大而明显地增加，从而使粒子的回 旋周期也随之变化，这就破坏了加速器的同步条件．
洛伦兹力的计算公式及其实际应用
洛伦兹力的计算公式及其实际应用1. 洛伦兹力的定义洛伦兹力（Lorentz force）是指在磁场中，运动电荷所受到的力。
它是由荷兰物理学家洛伦兹于1892年提出的。
洛伦兹力的计算公式可以描述电荷在磁场中的运动轨迹和受力大小，对于理解和应用电磁学具有重要意义。
2. 洛伦兹力的计算公式洛伦兹力的计算公式为：[ = q( ) ]•( ) 表示洛伦兹力，单位为牛顿（N）；•( q ) 表示电荷量，单位为库仑（C）；•( ) 表示电荷的速度，单位为米每秒（m/s）；•( ) 表示磁场强度，单位为特斯拉（T）；•( ) 表示向量叉乘。
3. 洛伦兹力的方向根据右手定则，当握住带电粒子运动方向的手，将大拇指指向电荷运动方向，四指弯曲的方向即为洛伦兹力的方向。
这个规律可以用来判断洛伦兹力的方向，对于实际应用具有指导意义。
4. 洛伦兹力的实际应用4.1 电动机电动机是洛伦兹力应用最为广泛的一种设备。
在电动机中，电流通过线圈产生磁场，线圈在洛伦兹力的作用下开始旋转，从而驱动电机工作。
电动机的效率和性能很大程度上取决于洛伦兹力的大小和方向。
4.2 发电机发电机原理也是基于洛伦兹力。
在发电机中，通过旋转磁场和线圈之间的相对运动，产生洛伦兹力，从而在线圈中产生电流。
发电机的输出电压和功率与洛伦兹力的大小有关。
4.3 电磁炉电磁炉是利用洛伦兹力加热食物的厨房电器。
在电磁炉中，电流通过线圈产生磁场，磁场与线圈中的洛伦兹力相互作用，使锅底产生热量。
电磁炉的加热效率和功率受到洛伦兹力大小的影响。
4.4 粒子加速器粒子加速器是研究微观物理的重要设备。
在粒子加速器中，带电粒子在磁场中加速，洛伦兹力使粒子沿着螺旋轨迹运动。
通过调整磁场强度和粒子速度，可以控制粒子的运动轨迹和能量。
4.5 磁悬浮列车磁悬浮列车（Maglev）是利用洛伦兹力实现悬浮和推进的交通运输工具。
在磁悬浮列车中，列车和轨道之间的磁场相互作用产生洛伦兹力，使列车悬浮在轨道上方，减小了摩擦力，提高了运行速度。
高中物理选择性必修二洛伦兹力的应用
氦核在匀强磁场中做匀速圆周运动，有
mv 2
qvB
r
得
mv
r
qB
粒子的运动周期
2r 2m
T
v
qB
氦核粒子在匀强磁场中做匀速圆周运
动的频率
1
f
得
又因
得
回旋加速器获得的最大动能与哪些因素有关？
T
2mf
B
q
1
Ek mv 2
2
量的。设为x，则：x 2r ，由此可知粒子的比荷及
粒子的质量：
q 8U 1
2 2
m B x
粒子的比荷与偏转距
离x的平方成反比。
则不同比荷的粒子会
被分开按比荷顺序的
大小排列，形成“质
谱”。我们称这仪器
为“质谱仪”
2
qB 2
m
x
8U
利用质谱仪，还可以准
确的知道粒子的质量。
利用质谱仪，科学家们发现了同种元素不同原子质
r
2mEk
2mf
上述例题中氦核在第n次加速后进入Ｄ形盒的回旋半径第n+1次加速后
进入另一Ｄ形盒的回旋半径之比是多少？
解 由动能定理：
1
2
：
mvn nqU
第n次加速获得的动能： 2
1
2
第n+１次加速获得的动能： mvn 1 （n 1）qU
2
2
v
由： qvB m
得
r
mv n
rn
内的时间就越少。
回旋加速器对粒子速度的加速有限度吗
随着人们对带电粒子所获能量要求的提高，回旋加速器
洛伦兹力的计算与应用
洛伦兹力的计算与应用导言洛伦兹力是描述运动带电粒子所受力的基本定律，它是电磁学中的重要概念。
我们生活中的许多现象都涉及洛伦兹力，比如电磁感应现象、电动机的工作原理等。
本文将从洛伦兹力的计算和应用两个方面展开讨论。
一、洛伦兹力的计算洛伦兹力的计算公式可以通过右手定则获得，即当电荷q以速度v 在磁感应强度B存在的磁场中运动时，所受的洛伦兹力F与速度v、电荷q和磁感应强度B的关系为：F = qv × B其中，"×"表示叉乘运算符。
该公式的表达形式在向量形式中更容易理解和表述。
当电荷和磁感应强度的方向相互垂直时，洛伦兹力的大小为：F = qvB这个公式可用于计算垂直方向上的洛伦兹力大小。
若电荷、速度和磁感应强度都不为零，则洛伦兹力的方向垂直于速度和磁感应强度的平面，并遵循右手定则。
二、洛伦兹力的应用1. 电磁感应现象洛伦兹力的应用之一就是电磁感应现象。
根据法拉第电磁感应定律，当导体中的磁通量发生变化时，将在导体中产生感应电动势。
而感应电动势的产生与洛伦兹力密切相关。
根据洛伦兹力的计算公式，我们可以推导出感应电动势的表达式：ε = BLv其中，ε表示感应电动势，B表示磁感应强度，L表示导体的长度，v表示导体在磁场中的速度。
这个公式告诉我们，感应电动势的大小与磁感应强度、导体长度以及导体运动速度有关。
通过合理安排磁场、导体和运动速度，我们可以利用洛伦兹力实现电磁感应现象，从而实现电能的转换和利用。
2. 电动机的工作原理洛伦兹力的应用之二是电动机的工作原理。
电动机是一种将电能转化为机械能的装置，它的核心是产生旋转力矩。
当通电导体置于磁场中并通过外加电源产生洛伦兹力时，导体将受到一对作用力。
由于每条导体边上的作用力的方向相反，它们会对导体产生一个扭矩。
这个扭矩将使导体绕一个轴线旋转，从而实现电动机的工作。
电动机的工作原理实质上是利用洛伦兹力产生的旋转力矩。
通过改变电流方向、调节磁场强度和调整导体形状，我们可以控制洛伦兹力的大小和方向，从而实现旋转方向的控制和机械能的转换。
磁场中的电流和洛伦兹力
磁场中的电流和洛伦兹力在物理学中，磁场中的电流和洛伦兹力是两个关键概念。
本文将介绍这两个概念及其相互关系，以及它们在现实世界中的应用。
一、磁场中的电流在直流电路中，电流通过导线是由电子的流动所导致的。
电子的移动形成了电流，而导线本身对电流没有任何影响。
然而，在存在磁场的情况下，情况会有所不同。
当导线通过磁场时，电子受到磁场力的作用。
根据右手定则，当手指指向电流的方向，而手掌向导线内部的磁场方向时，大拇指的方向就是洛伦兹力的方向。
这个力使电子在导线内产生一个偏转力，这种力在导线上产生一个感应电动势，称为洛伦兹力。
二、洛伦兹力洛伦兹力是指一个带电粒子在磁场中受到的力的大小和方向。
它的大小与带电粒子的电荷量、速度以及磁场强度有关。
根据洛伦兹力的定义，一个带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力可以用以下公式表示：F = qvBsinθ其中，F代表洛伦兹力，q代表带电粒子的电荷量，v代表带电粒子的速度，B代表磁场强度，θ代表带电粒子速度与磁场方向之间的夹角。
洛伦兹力的方向垂直于带电粒子的速度和磁场的平面，并且符合左手定则。
当带电粒子的速度与磁场方向平行时，洛伦兹力为零；当速度与磁场方向垂直时，洛伦兹力最大。
三、洛伦兹力的应用磁场中的电流和洛伦兹力在现实生活中有许多应用。
以下是其中的几个例子：1. 电动机：电动机利用洛伦兹力的原理来实现机械动力。
当通过电动机的线圈施加电流时，线圈中的电子受到磁场力的作用，从而产生一个扭矩，推动电动机的转子旋转。
2. 手机充电器：手机充电器中的变压器利用洛伦兹力来实现能量传输。
交流电流在一个线圈中产生变化的磁场，而另一个线圈中的导线受到这个变化的磁场力的作用，从而产生电流。
3. 马达原理：洛伦兹力也是马达的基本原理。
电动机中的线圈和永磁体之间产生的交互作用会导致线圈内的电流产生转动力矩，从而实现了马达的运行。
4. 磁共振成像：在医学领域，磁共振成像（MRI）利用洛伦兹力来获取人体的内部结构和器官的详细图像。
第3节洛伦兹力的应用2
考能定时训练
1．如图 7 所示，在 y≤5 3×10－2 m
的空间有垂直纸面向里的匀强磁场，
磁感应强度 B＝4×10－3 T，在 y≤0
空间同时存在沿 y 轴负方向的匀强电
场，电场强度 E＝40 3 V/m.一个质
图7
量 m＝6.4×10－27 kg，带电量 q＝＋3.2×10－19 C 的带电粒
如图所示，在xoy平面内，I象限中有匀强电场，场强 大小为E，方向沿y轴正方向，在x轴的下方有垂直于 纸面向里匀强磁场，今有一个质量为m，电量为e的电 子（不计重力），从y轴上的P点以初速度v0垂直于电 场方向进入电场。经电场偏转后，沿着与x轴正方向成 45o进入磁场，并能返回到原出发点P。求：（1）作 出电子运动轨迹的示意图，并说明电子的运动情况（2 ）P点离坐标原点的距离h。（3）电子从P点出发经多 长时间第一次返回P点？
y
B
M αO
N x
E
y B
M αO
N x
E
以题说法 (1)对于带电粒子在复合场内运动问题首先要分 析清楚其运动特点和受力特点． (2)要注意分析题目中的一些隐含条件,比如不计重力的带电 粒子在电场和磁场中直线运动时,一定是匀速直线运动;在 混合场内匀速圆周运动时,电场力与重力的合力一定为零. (3)对于带电粒子在叠加场内的一般曲线运动问题(如类平抛) 通常采用运动的合成与分解的方法来处理问题．
如图所示为磁流体发电机的示意图，将气体加热到很 高的温度，使它成为等离子体(含有大量正、负离子)， 设有一束截面面积为S，速度为v的等离子体自左向右 通过磁感应强度为B的匀强磁场区，这里有间距为d的 电极a和b。两电极间的等效电阻为r，外电阻为R。 (1)说明磁流体发电机的原理； (2)哪个电极为正极； (3)求开关K断开时，计算电极间的电势差； (4)当开关K闭合后， 等离子体进入磁场前后的压强差?
磁场中的洛伦兹力与霍尔效应
磁场中的洛伦兹力与霍尔效应磁场是我们日常生活中常见的物理现象之一。
在磁场中，洛伦兹力和霍尔效应是重要的概念。
本文将深入探讨磁场中的洛伦兹力和霍尔效应的原理和应用。
一、洛伦兹力的概念和原理洛伦兹力是指在磁场中由电荷所受到的力。
根据洛伦兹力的定义，当一个带电粒子在磁感应强度为B的磁场中以速度v运动时，该粒子所受到的洛伦兹力F_l可以由如下公式表示：F_l = qvBsinθ其中，q为电荷量，v为电荷的速度，B为磁感应强度，θ为速度方向与磁感应强度方向之间的夹角。
洛伦兹力的方向垂直于速度方向和磁感应强度方向，并且遵循左手定则。
根据左手定则，当左手的四指指向磁感应强度的方向，如果速度方向与四指的方向相同，则洛伦兹力的方向垂直于肩膀指向拇指的方向；如果速度方向与四指的方向相反，则洛伦兹力的方向垂直于拇指指向肩膀的方向。
二、洛伦兹力的应用洛伦兹力在日常生活中有着广泛的应用。
其中，最常见的应用是在电磁感应中的电动机和电磁铁中。
1. 电动机：电动机是利用洛伦兹力原理运行的装置。
当导体中有电流通过时，导体中的电子在磁场中受到洛伦兹力的作用，从而产生力矩使电动机旋转。
电动机广泛应用于工业生产和家庭设备中，如电风扇、电动车等。
2. 电磁铁：电磁铁是一种可以通过电流调节磁力的装置。
当通过电磁铁的线圈通电时，线圈中的电子受到洛伦兹力的作用，使得铁芯上产生吸引力。
这种原理被应用于各种设备中，如电磁吸盘和电磁门锁等。
三、霍尔效应的概念和原理霍尔效应是指当电流通过一片具有纵向电阻的导体材料时，由于磁场的作用，导体的一侧将产生电压差。
这种现象被称为霍尔效应，其原理是由霍尔元件中的霍尔电阻所引起的。
当导体中有电流通过时，洛伦兹力将导致电子在导体内部聚集。
由于电子的聚集，导体的一侧将产生较多的电子，而另一侧将产生相对较少的电子。
这种导致电压差的现象被称为霍尔效应。
四、霍尔效应的应用霍尔效应在许多领域中有着重要的应用。
以下是几个典型的应用领域：1. 传感器技术：霍尔元件被广泛应用于传感器技术中。
磁场中的洛伦兹力
磁场中的洛伦兹力磁场中的洛伦兹力是物理学中一个重要的概念，它描述了电荷在磁场中受到的力的作用。
洛伦兹力是由荷质比、电荷的速度和磁场的强度共同决定的。
在本文中，我们将详细介绍磁场中的洛伦兹力的原理和应用。
一、洛伦兹力的原理洛伦兹力是由荷质比、电荷的速度和磁场的强度共同决定的。
当一个带电粒子在磁场中运动时，它的速度与磁场的方向有关。
如果速度与磁场方向垂直，那么洛伦兹力将垂直于速度和磁场的平面；如果速度与磁场方向平行，那么洛伦兹力将为零。
洛伦兹力的大小可以通过洛伦兹力公式来计算：F = qvBsinθ其中，F表示洛伦兹力的大小，q表示电荷的大小，v表示电荷的速度，B表示磁场的强度，θ表示速度与磁场方向之间的夹角。
二、洛伦兹力的应用洛伦兹力在物理学中有着广泛的应用。
下面我们将介绍几个常见的应用场景。
1. 电磁感应洛伦兹力是电磁感应现象的基础。
当一个导体在磁场中运动时，导体中的自由电子将受到洛伦兹力的作用，导致电子在导体中产生电流。
这就是电磁感应现象。
电磁感应在发电机、变压器等电器设备中有着重要的应用。
2. 粒子加速器粒子加速器是一种利用洛伦兹力加速带电粒子的装置。
在粒子加速器中，带电粒子通过磁场中的洛伦兹力不断加速，最终达到非常高的速度。
粒子加速器在核物理研究和粒子物理实验中起着重要的作用。
3. 磁共振成像磁共振成像（MRI）是一种利用洛伦兹力原理进行医学影像诊断的技术。
在MRI中，人体内的氢原子核受到磁场的作用，产生洛伦兹力，通过测量洛伦兹力的变化来获得人体内部的影像。
MRI在医学诊断中具有非常重要的地位。
4. 磁悬浮列车磁悬浮列车是一种利用洛伦兹力进行悬浮和推进的交通工具。
磁悬浮列车通过在轨道上设置磁场，使列车底部的磁体受到洛伦兹力的作用，从而实现悬浮和推进。
磁悬浮列车具有高速、低噪音和环保等优点，被认为是未来交通发展的方向。
总结：磁场中的洛伦兹力是物理学中一个重要的概念，它描述了电荷在磁场中受到的力的作用。
洛伦兹力做功的例子
洛伦兹力做功：从电磁炮到磁悬浮列车
电磁炮是一种利用电磁力加速物体的武器，它的原理是利用洛伦兹力将物体加速到高速。
洛伦兹力是一种电荷在磁场中受到的力，它的大小和方向与电荷的速度和磁场的方向有关。
在电磁炮中，电流通过线圈产生磁场，物体通过线圈时，由于电荷的运动，在磁场中受到洛伦兹力的作用，从而加速运动。
这种原理不仅被用于武器，还被应用于磁悬浮列车等领域。
磁悬浮列车是一种利用磁力悬浮和电磁力驱动的高速列车，它的运行速度可以达到600公里/小时以上。
在磁悬浮列车中，车体悬浮在轨道上，由于轨道和车体之间产生的磁场，车体受到向上的磁力，从而悬浮在轨道上。
车体上的电磁线圈产生磁场，与轨道上的电磁线圈相互作用，产生向前的洛伦兹力，从而推动车体向前运动。
洛伦兹力做功的例子不仅局限于电磁炮和磁悬浮列车，还可以应用于其他领域。
例如，在电动汽车中，电机产生的磁场和电池产生的电流相互作用，产生向前的洛伦兹力，从而推动汽车向前运动。
在电动自行车中，电机产生的磁场和脚踏板产生的力相互作用，产生向前的洛伦兹力，从而推动自行车向前运动。
除了应用于工程领域，洛伦兹力还被应用于物理学研究中。
例如，科学家利用洛伦兹力将离子束加速到高速，从而研究离子的性质和行为。
洛伦兹力还被应用于核磁共振成像（MRI）中，利用磁场和电流相互作用的原理，对人体内部进行成像，从而诊断疾病。
洛伦兹力做功是一种利用电磁力加速物体的原理，它被应用于电磁炮、磁悬浮列车、电动汽车、电动自行车、物理学研究和医学成像等领域。
洛伦兹力的应用不仅促进了科技的发展，也使人们的生活更加方便和舒适。
高二物理洛伦兹力的应用
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无数の修行者,对鞠言战申の事迹仍津津乐道.不少人,也会查探鞠言の去向.一些消息灵通の人知道,鞠言战申成了法辰王国の名誉大公爵,传闻是进入了法辰王国の修炼秘境闭关.不过,虽然谈论の人很多,但大多都是随意.真正关心鞠言战申の人并不多,由于鞠言战申の生与死,与他们没有 哪个关系,连一点利益牵扯都搭不上.……“唰！”呐一日,方烙老祖降临法辰王国国都皇宫.方烙老祖到来,仲零王尪立刻就感知到,他从一座殿堂内迎了出来,将方烙老祖请到大殿之内.“老祖,你今日怎么有空来俺呐儿?”仲零王尪笑了笑问道.方烙老祖是法辰王国の缔造老祖,但一般若无 叠要の事情,他不会来国都见仲零王尪或者其他哪个人.而距离上次老祖离开国都到现在,也不过才过去了伍百年の事间,老祖便再次降临.“没哪个事情,过来看看.”方烙老祖说了一句.而后他一转目看着仲零王尪道：“鞠言战申,还在修炼秘境内?”“是の！鞠言战申,一直没有捏碎感知 玉符.”仲零王尪点点头说道.在将鞠言送入修炼秘境の事候,仲零王尪交给鞠言一枚感知玉符,只要鞠言捏碎玉符,他在任何地方都能够感应到.“嗯,对于善王级の修行者来说,一次闭关几万年甚至几拾万年都不算稀奇.”方烙老祖点点头说道.“善王级の修行者,一次闭关数万年事间,其自 身也未必能取得哪个进步.鞠言战申在俺们王国修炼秘境,以他の天资,几百年事间应该也有不小の进步.”仲零王尪面带微笑说道.“只是不知,进步到底能有多大！鞠言战申,对秘境の使用事间只有一千年の事间.一千年,转瞬即过.唉,即便他天资无双,再有修炼秘境灵湖和悟道岩の辅助, 恐怕实历上也难有质の提升.”方烙老祖摇摇头,轻叹一声说道.“老祖,呐也是没有办法の事情.修炼秘境,俺们王国只有一个.俺们,对下面の人,也得公平,呐是没办法の事情.而且,另外几位名誉大公爵也已经是有一些不满表达出来了,有人觉得给鞠言战申使用一千年秘境都长了.”仲零王 尪苦笑着说道.法辰王国,加上鞠言是有伍位名誉大公爵.王国,也得考虑其他几位名誉大公爵の想法.还有,王国还有多名大公爵和数量更多の公爵等等成员.对王国有大功劳の高层成员,仲零王尪也不能让呐些人放弃对修炼秘境の使用.所以,一千年の无偿使用,也是一个极限了.除非鞠言能 对王国做出巨大の贡献,呐样の话,倒是能够再次让鞠言战申使用王国修炼秘境.“对了老祖,你上次说要查探鞠言战申背后の那位存在,现在可有哪个线索了吗?”仲零王尪又转而问道.伍百年前,仲零王尪和方烙老祖谈论过,那伏束大王说受人之托来打法辰王国の国都保住了鞠言战申,但没 有说到底是受哪个人の托付.仲零王尪和方烙老祖都认为,鞠言背后有一位特殊人物.方烙老祖当事,就打算要通过一些渠道,探听一下相关の信息.“毫无线索.那位存在,很是申秘.”方烙老祖摇头,眼申凝了凝又道：“不过,俺心中也有一个猜测.”记住收寄版网址：m,第三零陆零章白驹过 隙(第一/一页)『加入书签,方便阅读』第三零陆一章灵机一动第三零陆一章灵机一动(第一/一页)方烙老祖,眼申微微发亮.“老祖猜测鞠言战申背后の大人物是哪一位?”仲零王尪立刻就问道.“具体是哪一位大人物,俺不知道.俺只猜测,请伏束大王出面保鞠言战申の,很可能是永恒之地 の存在.俺甚至认为,鞠言战申就是永恒之地の人.”方烙老祖眼申越来越明亮.“永恒之地?”仲零王尪微微一震.“嗯,不过也只是俺の猜测,可能是错误の.俺只是,实在想不出谁会请伏束大王保鞠言战申,而且还能请得动伏束大王,甚至令伏束大王不惜与红叶大王交恶.”“而且,传闻之中, 伏束大王与永恒之地是有一些关系の.”方烙老祖望着仲零王尪.“老祖说得没错,呐种可能现在看来应该最大.鞠言战申,确实可能是永恒之地出来の.要不然,为哪个俺们以前连鞠言战申の名字都没听过?俺们仔细の查探,也只知道鞠言战申突然出现在那龙岩国成为呐个国家の战申.”仲零 王尪有些恍然の说道.永恒之地,一个极其申秘の界域,其入口,位于界善琛处,靠近永恒之河.混元空间の寻常修行者,连呐个申秘界域の入口所在都是无法接近の,由于他们没有能历抵达那个地方.仲零王尪与方烙老祖,两人对鞠言谈论了不短の事间.两人怀疑鞠言是永恒之地出来の历练 者.……鞠言在法辰王国の修炼秘境,足足修炼了伍百年の事间.“呼……”呐一日,鞠言睁开双目,长长の吐出了一口浊气.“终于,是将呐第三拾条至高道则参悟成功了.”鞠言轻声说道.伍百年事间,鞠言利用法辰王国の修炼秘境,足足参悟出三拾条至高黑道则.算上他先前就掌握の那一条, 便是三拾一条至高道则了.“三拾一条至高道则,令俺の微子世界更加强大和稳固.呐些至高道则,融入到乾坤一剑善术之中,攻击历不知提升了多少.若是现在俺与尹红战申交手,俺应该是能够将其击败,甚至能将其斩杀.但是,还没有绝对の把握.”鞠言分析自身の战斗历与红叶王国战申尹 红の战斗历.呐至高道则の参悟,其实也是越来越难掌握の.随着鞠言参悟の至高道则越来越多,他新掌握至高道则の难度也在逐渐增加.最开始の事候,仅仅几个月の事间鞠言就能参悟一条至高道则,而到了现在,则是需要几拾年事间才能掌握一条至高
洛伦兹力的定义与应用
洛伦兹力的定义与应用1. 洛伦兹力的定义洛伦兹力（Lorentz force），又称磁场力，是指在磁场中运动的带电粒子所受到的力。
这个力是由荷兰物理学家洛伦兹于1892年提出的。
洛伦兹力的计算公式为：[ = q( ) ]其中，( ) 表示洛伦兹力，( q ) 表示粒子的电荷量，( ) 表示粒子的速度，( ) 表示磁场强度和方向的向量。
根据右手定则，我们可以判断出洛伦兹力的方向。
将右手的食指指向带电粒子的运动方向，中指指向磁场方向，那么拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。
2. 洛伦兹力的应用洛伦兹力在现实生活和科学研究中有广泛的应用，下面列举几个典型的例子。
2.1 电动机电动机是利用洛伦兹力原理工作的。
当通电线圈置于磁场中时，线圈中的电流会产生洛伦兹力，使线圈在磁场中受力转动。
这个转动可以用来驱动机械设备，实现能量转换。
2.2 电磁起重机电磁起重机利用洛伦兹力原理来吊运重物。
当通电的线圈置于磁场中，线圈会产生洛伦兹力，从而吸住铁磁性材料，实现重物的吊运。
2.3 粒子加速器粒子加速器是利用洛伦兹力原理来加速带电粒子的高速运动的装置。
在粒子加速器中，带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用，从而在电场中加速，达到很高的速度。
2.4 磁悬浮列车磁悬浮列车（Maglev）是利用洛伦兹力原理来实现列车与轨道之间的悬浮和推进的。
在磁悬浮列车中，列车和轨道之间形成闭合的线圈，通电后产生洛伦兹力，使列车悬浮在轨道上方，减小了摩擦力，提高了运行速度。
2.5 电磁兼容性（EMC）在电子设备中，为了防止电磁干扰，需要利用洛伦兹力原理来设计合理的屏蔽措施。
例如，在电子设备的外壳上焊接一层金属网，可以产生与内部电路相反的洛伦兹力，抵消外部电磁场的干扰。
3. 洛伦兹力的计算与应用实例3.1 计算实例假设一个带电粒子在磁场中以速度 ( v ) 运动，粒子的电荷量为 ( q )，磁场强度为 ( B )，求该粒子受到的洛伦兹力。
根据洛伦兹力的计算公式：[ = q( ) ]假设粒子的速度方向与磁场方向垂直，则：[ = qvB]其中，( ) 为粒子的速度方向与磁场方向的夹角。
洛伦兹力的其它应用2
+
U
局限性： 带电粒子通过普通加速器能获得的能量EK一般只能达到几十万到几 百万电子伏(ev)
直线加速器： 1 A
靶 2 3 4
&#使带电粒子获得更大的能量 Um 0 —Um
U/v
T 2T
粒子穿越第n个圆筒时的动能：
E k = nqUm
局限性： 加速装置很长，占地面积大
利用如图示的方法可以测量导体中单位体积内的自由电子数n,即测 得一块横截面为矩形的金属导体的宽为b,厚为h,并加有与侧面垂直 的匀强磁场B,当通以图示方向的电流I时,在导体上下表面间用电压 表测得电压为U,已知自由电子的电荷量为e,则下列判断正确的是 ( BD ) A.上表面的电势高
B
v
I
B.下表面的电势高
回旋加速器中磁场的磁感应强度为 B，D形盒的直径为d，用该回旋 加速器加速质量为 m 、电量为 q的粒子，设粒子加速前的初速度为 零。求： （1） 粒子的回转周期是多大？ （2）高频电极的周期为多大？ （3） 粒子的最大速度最大动能各是多大？ （4） 粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径之比
★回旋加速器的D形盒半径为R=0.60 m，两盒间距为d=0.01 cm，用 它来加速质子时可使每个质子获得的最大能量为4.0 MeV，加速电 压为U=2.0×104 V，求： (1)该加速器中偏转磁场的磁感应强度B． (2)质子在D形盒中运动的时间． (3) ＊在整个加速过程中，质子在电场中运动的总时间．(已知质子 的质量为m=1.67×10 -27 kg．质子的带电量e=1. 60×10 -19 C)
思考3：带电粒子每加速一次，增加的能量是多少？ qU = Δ Ek 思考4：带电粒子的最高能 量与哪些因素有关？
B 2q 2 R 2 Em = 2m
洛伦兹力的运用
H 21H31He 42洛伦兹力的应用应用1：带电粒子在磁场中的运动例1、如果运动电荷除能受磁场力之外，不受其它任何力的作用，则带电粒子在磁场中做下列运动可能成立的是（ ）A 、匀速直线运动B 、变速直线运动C 、变加速曲线运动D 、匀变速曲线运动例2、氘核 、氚核 、氦核 都垂直射入同一匀强磁场，求以下几种情况下，它们轨道半径之比及周期之比各是多少？（1）以相同速率射入磁场；（2）以相同动能射入磁场．应用2：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动轨迹半径变化的问题例3、一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段径迹如图所示，径迹上的每一小段都可以近似看成圆弧，由于带电粒子使沿途空气电离，粒子的能量逐渐减小（带电量不变），从图中情况可以确定（ ）A 、粒子从a 到b ，带正电B 、粒子从b 到a ，带正电C 、粒子从a 到b ，带负电D 、粒子从b 到a ，带负电例4、如图所示，在长直导线中有恒定电流I 通过，导线正下方电子初速度v0方向与电流I 方向相同，电子将（ ）A 、沿路径b 运动，轨迹是圆B 、沿路径a 运动，轨迹半径越来越大C 、沿路径a 运动，轨迹半径越来越小D 、沿路径b 运动，轨迹半径越来越大例5如图所示，A 是一块水平放置的铅板的截面，其厚度为d ，MM ′和NN ′是一重力作用可忽略不计，质量为m ，带电量为q 的粒子在磁感应强度为B 的匀强磁场中的运动轨迹，粒子的运动轨迹与磁场方向垂直，并且粒子垂直穿过铅板，轨迹MM ′的半径为r ，轨迹NN ′的半径为R ，且R >r ，求：粒子穿过铅板时的运动方向（答向上或向下）；粒子带何种电荷；粒子穿过铅板时所受的平均阻力 。
应用3：带电粒子在匀强磁场中做圆周运动时，其圆心、半径及运动时间的确定方法1、轨迹上任意两点的洛仑兹力的指向，其延长线的交点即是圆心2、用几何知识求出半径大小3、找出圆心角θ大小，用 求出运动时间例6、如图所示，一束电子（电量为e ）以速度v 垂直射入磁感强度为B ，宽度为d 的匀强磁场中，穿过磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30°，求电子的质量和穿过磁场的时间方法步骤：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法——三步法(1)画轨迹：即确定圆心，用几何方法求半径并画出轨迹．(2)找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角、运动时间相联系，在磁场中运动的时间与周期相联系．(3)用规律：即牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期公式、半径公式．应用4：有界磁场问题：1．直线边界(进出磁场具有对称性，如图所示)例7．如图8－2－8所示，在第Ⅰ象限内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一对正、负电子分别以相同速率与x 轴成30°角的方向从原点射入磁场，则正、负电子在磁场中运动的时间之比为( )A ．1∶2B ．2∶1C ．1∶D ．1∶10360T t θ=例8如图所示，在一水平放置的平板MN 的上方有匀强磁场，磁感应强度的大小为B ，磁场方向垂直于纸面向里.许多质量为m 、带电荷量为+q 的粒子，以相同的速率v 沿位于纸面内的各个方向，由小孔O 射入磁场区域.不计重力，不计粒子间的相互影响.图39-7乙中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域，其中 ，则正确的图是（ ）2．平行边界(存在临界条件，如图所示)例9：长为L 的水平极板间，有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B ，板间距离为L ，板不带电，现有质量为m 、电荷量为q 的带正电粒子(重力不计)，从左边极板间中点处垂直磁场以速度v 水平入射，如图8－2－10所示，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是 ( )例10：如图:所示，宽度为d 的有界匀强磁场，其磁感应强度为B ，MM ′和NN ′是它的两条边界线.现有质量为m 、电荷量为q 的带负电粒子沿图示方向垂直磁场方向射入，要使粒子不能从边界NN ′射出，则粒子入射速率v 的最大值是（ ）A. B. C. D.mv R =Bq qBd m (2+2)qBdm 2qBd m(2-2)qBd3．圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图所示)例11:如图所示,圆形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感强度为B,现有一电量为q ，质量为m 的正离子从a 点沿圆形区域的直径射入，设正离子射出磁场区域的方向与入射方向的夹角为60º,求此正离子在磁场区域内飞行的时间及射出磁场时的位置。
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v
f洛
v
f洛
问题2：推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆 周运动的轨道半径r和周期T
(已知带电粒子的电荷量为q，质量为m ，以
速度v垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场
中)。
V
qvB m v2 r
-
F洛
mv r
qB
V T 2πr 2πm
v qB
例2：如图所示，一束带正电的相同的粒子垂直磁场边 界自O点射入匀强磁场中后分成了3束，其运动轨迹如图， 粒子运动方向与磁场方向垂直，不计粒子的重力作用， 已知OA=OC/2=OD/3，求这三束粒子的速率之比和 运动时间之比.
▪ 例3：带电粒子（带正电）q以速度v垂直进 入匀强电场，受电场力作用，运动方向将 发生偏转。若在匀强电场范围内再加一个 匀强磁场，使该带电粒子的运动不偏转， 求所加匀强磁场的方向和磁感应强度的大 小。
速度选择器
▪ 因为 F电= f洛
qEqvB
得： v E B
质谱仪
S2
xP
U
S1
I
可用规律
S1S2为加 速电场
上方为匀 强磁场
qU 1 mv2 2
r qvBmvmv 2x qB r2
qB2 x2 m=
8U
变式：粒子经过加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场
（图中实线框所示），并沿着半圆周运动而到达照相底
片上的P点，测得P点到入口处S1的距离为x，下列说法
中正确的是（
）
A．若粒子束是同位素A，D则x越大，粒子的质量越大
B．若粒子束是同位素，则x越大，粒子的质量越小
C．只要x相同，则粒子的质量一定相同 D．只要x相同，则粒子的 q 比荷一定相同
m
qB2 x2 m=
8U
课堂总结
课堂总结
1带电粒子垂直进入匀强磁场时做匀速圆 周运动
2匀速圆周运动的半径和周期公式：
mv r
qB
T 2πr 2πm v qB
3洛伦兹力的应用：速度选择器；质谱仪
电子运动轨迹为直线 运动轨迹为 圆周
当v⊥ B时，粒子做圆周运动，什么力提供 向心力？
问题1：带电粒子以某一初速度垂直于磁场方向 进入磁场，将做什么运动？
结论
Hale Waihona Puke 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动
qvB m v2 r
f洛
速度：切线方向 v
f洛 ：半径方向
圆心：在洛伦兹力的方向上。
画 轨 迹
f洛
f洛
第3节 洛伦兹力的应用
欧洲核子研究中心
冰岛艾雅法拉火山上空的北极光
问题1：带电粒子以某一初速度垂直于磁场方向 进入磁场，将做什么运动？
f
洛
V
情境二
+
实验探究
两个平行的通 电环形线圈可 产生沿轴线方 向的匀强磁场
实验探究：观察洛伦兹力演示仪实验，填 以下表格
无磁场时
有磁场且电子速度 v⊥B
qvBqE
R mv L qB2 2
回旋加速器
我国于 1994年建 成的第一 台强流质 子加速器 ， 可产生数 十种中短 寿命放射 性同位素 .
课后思考 阅读有关回旋加速器的材 料，思考：既然洛伦兹力始终不做 功，那么如何实现使带电粒子反复
加速？
实验探究