洛伦兹力在现代科技上的应用

力和洛伦兹力 平衡 时，a、b间有稳定的电势
差U，则液体的流速为
液体的流量
为
。
.
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例5.医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速
度．电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成，磁极间的磁
场是均匀的．使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁
场方向和血流速度方向两两垂直．如图所示．由于血液中的正负离子随
A
B．2.7 m/s，a正、b负
C．1.3 m/s，a负、b正
D．2.7 m/s，a负、b正
.
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五、回旋加速器
思考：怎样获得高能的粒子？
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：
qvB qE2•
照相底片
... s2
p
-
1
... ... ...
p2
+
................. s3
................ .............
.........
质谱仪的示意图
qU1
1 2
mv02
利用磁场分离 （B2）
6、测出条纹到狭缝S3
的距离L，则粒子的荷
质比是多少？
q m
2、粒子在通过S2、S3之间做匀 速直线运动的条件是什么？
3、其他条件不变，把粒子改为负 电荷，能通过吗？
4、其它条件不变，粒子从下向 上运动，能直线通过吗？
5、其它条件不变，只改变粒子 的电量或质量，能直线通过吗？
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4
速度选择器
构造：正交的电磁场
条件：不计重力
要选择：
速率：v E B
v B,v E,
（速度） 方向：且是唯一入射方向
不选择：
电性 电量
质量（Байду номын сангаас观带电粒子， G不计）
.
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例1. 图示为一“滤速器”装置的示意图.a、b为水平
放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平
方向经小孔O进入a、b两板之间.为了选取具有某种特定速
率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向
加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO′运动，
由O′射出.不计重力作用.可能达到上述目的的办法是( A.使a板的电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里
AD)
B.使a板的电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里
C.使a板的电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外
D.使a板的电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外
.
6
二、质谱仪
利用电场加速
速度选择器（E2、B1）
s1
霍耳
思考：如果电流是负电荷定向移动形成的，则电势哪端高？
正电荷呢？
负电荷：下表面
霍尔效应：电流的方向确定 磁流体发电机：电荷移动方向确
定
.
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例4.厚度为h、宽度为d的金属板放在垂直于磁感应强度为B的 匀强磁场中，已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子 电量为e，则当电流 I 流过导体时，在导体板上下侧面间会产生 电势差U，证明电势差U、电流I和B的关系为：
U K IB d
K 1 K叫霍尔系数 ne
U
.
U e eBv h
I neSv
U BI ned
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五、电磁流量计
如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成， 其中有可以导电的液体以速度v流过导管．
原理:导电液体中的自由电荷（正、负离子）
在 洛伦兹力 作用下横向偏转，a、b间出
现 电势差，形成电场。当自由电荷所受电场
托卡马克磁约束
.
1
第7节 洛伦兹力的应用
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2
诺贝尔奖得主丁肇中
安装在国际空间站上的阿尔法磁谱仪(A MS ),用于检测有无反粒子和暗物质
×× ×
× ××
x1
B
照
相x1
× ××
底
片x3
.
qq12// mm12 q3/ m3 3
一、速度选择器
速度选择器
思考：1、P1、P2之间的电场方向 是向左还是向右？
2E 2 LB1B 2
氢核、氘核和α粒子哪个粒子打得远？
测量带电粒子的质量和分. 析同位素的重要工具。 7
例2.如图所示，a、b、c、d为四个正离子，电量相等，速
度大小关系为va＜vb= vc＜vd，质量关系为ma= mb＜mc= md，同时沿图示方向进入粒子速度选择器后，一粒子射向 P1板，一粒子射向P2板，其余两粒子通过速度选择器后， 进入另一磁场，分别打在A1和A2两点。则射到P1板的是
__a__粒子，射到P2板的是_d__粒子，打在A1点的是_c___粒子， 打在A2点的是__b__粒子。
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例3.如图所示是测量带电粒子质量的仪器的工作原
理示意图.设法将某有机化合物的气态分子导入图中所示
的容器A中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变成正
一价的分子离子.分子离子从狭缝S1以很小的速度进入电 压为U的加速电场区(初速不计)，加速后，再通过狭缝S2、 S3射入磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于磁场区的 界面PQ.最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面
血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差．在达到平衡时，
血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场
力的合力为零．在某次监测中，两触点间的距离为3.0 mm，血管壁的
厚度可忽略，两触点间的电势差为160 μV，磁感应强度的大小为0.040
T．则血流速度的近似值和电极a、b的正负为 A．1.3 m/s，a正、b负
原理：等离子气体喷入磁场， 正、负离子在洛仑兹力作用下 发生偏转而聚集到A、B板上， 产生电势差.
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设A、B平行金属板的面积为S，相距d， 等离子体的电阻率为ρ，喷入气体 速度为v，板间磁场的磁感强度为B， 当A、B板上聚焦的电荷最多时，板 间电势差多大？
若在板外接电阻R，此时通过R的电流 是多大？
电动势U=BdV
R中电流I=
E
BdV
.R＋r
=
R＋ ρ
d S
BdVS = RS＋ ρ1d1
四、霍尔（E.C.Hall)效应P98(教材）
在一个通有电流的导体板上，垂直于板面施加 一磁场，则平行磁场的两面出现一个电势差，这 一现象是1879年美国物理学家霍耳发现的，称为 霍耳效应。该电势差称为霍耳电势差 。
而且平行于狭缝S3的细线.已知电子电量为e.若测得细线 到狭缝S3的距离为d，试推导分子离子的质量m的表达式.
在加速电场,动能定理：12mv2＝eU.
粒子进入匀强磁场后，evB＝mvR2，
又由几何关系 d＝2R 解得
m＝eB8U2d2.
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三、磁流体发电机P103(教材）
等粒子体：即高温下电离的气 体，含有大量正、负带电粒子