洛伦兹力应用PPT课件
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《洛伦兹力的应用》课件
深入探究洛伦兹力在电机中的应用有助于 开发新型电机，满足各种不同的需求和应 用场景。
洛伦兹力在磁悬浮列车中的应用
悬浮与导向作用
磁悬浮列车利用洛伦兹力实现车体的悬浮和导向，消除了 传统列车与轨道的接触摩擦，极大地提高了列车的运行速 度和稳定性。
磁场设计与控制
为了实现稳定悬浮和导向，需要对列车下方的磁场进行精 确的设计和控制，确保列车在高速行驶过程中的稳定性和 安全性。
大小
洛伦兹力的大小与磁感应强度、电荷量、速度和磁感应强度与速度的夹 角有关。
03
作用
洛伦兹力对带电粒子不做功，只改变带电粒子的运动方向，因此是描述
带电粒子在磁场中运动状态的重要物理量。
洛伦兹力的大小
公式
$F = qvBsintheta$，其中$q$为带电 粒子的电荷量，$v$为带电粒子的速 度，$B$为磁感应强度，$theta$为速 度与磁感应强度的夹角。
ERA
洛伦兹力的定义
洛伦兹力
带电粒子在磁场中所受到的力。
定义公式
$F = qvBsintheta$，其中$q$为带电粒子的电荷量，$v$为带电粒子的速度， $B$为磁感应强度，$theta$为速度与磁感应强度的夹角。
洛伦兹力的性质
01 02
方向
洛伦兹力的方向由左手定则确定，即伸开左手，让大拇指与其余四指垂 直，并处于同一平面内，将磁感线穿入手心，四指指向正电荷运动的方 向，大拇指所指的方向即为洛伦兹力的方向。
磁场与电流相互作用
洛伦兹力在电机中起着关键作用，它使带 电粒子在磁场中受到力的作用而产生旋转 ，进而驱动电机的旋转。
电机内部的磁场与电流相互作用，产生洛 伦兹力，该力驱动电机的转子旋转，从而 将电能转换为机械能。
1-3洛伦兹力的应用课件(32张PPT)
2
。
(2)当磁感应强度为峰值B0时,电子束有最大偏转,在荧光屏
上打在Q点,PQ= 3 L。电子运动轨迹如图所示,设此时的
3
偏转角度为θ,由几何关系可知,tan θ=
,所以θ=60°。
根据几何关系,电子束在磁场中运动路径所对圆心角
α=θ,而
tan2
=
由牛顿第二定律和洛伦兹力公式得
答案 (1)
2. 回旋加速器的工作原理
利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在
回旋加速器的核心部件 —— 两个 D 形盒和其间的窄缝内完成。
第1章 安培力与洛伦兹力
（1）磁场的作用
带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，
2 m
其周期与速率、半径均无关（T
2
(2)
6
3
2
evB0=
,解得
B0=
6
。
3
第1章 安培力与洛伦兹力
规律总结 显像管中电子束偏转问题的解决思路
(1)电子在电场中加速,根据动能定理建立加速电压和电子离开电场时的
速度关系,即
1
eU=2mv2。
(2)电子在磁场中的偏转,根据“定圆心、画轨迹、求半径”和半径 r= 、周期
束沿纸面发生偏转的磁场(如图乙所示),其磁感应强度B=μNI,
式中μ为磁常量,N为螺线管线圈的匝数,I为线圈中电流的大
小。由于电子的速度极大,同一电子穿过磁场过程中可认为
磁场没有变化,是稳定的匀强磁场。
第1章 安培力与洛伦兹力
已知电子质量为m,电荷量为e,电子枪加速电压为U,磁常量为μ,螺线管线圈的匝数为N,偏转磁场区
《洛伦兹力的应用》课件
洛伦兹力的应用
1
同步加速器
电子在加速器中受到射频场和磁场的作用，实现加速和减速，产生高原子核围绕磁矢量的洛伦兹力，实现对人体结构和功能的非侵入性检测。
3
磁浮列车
磁浮列车利用洛伦兹力悬浮在轨道上，通过磁场推动列车高速行驶。
总结
洛伦兹力是描述电荷在电磁场中运动时所受到的力。
1 广泛应用
同步加速器、磁共振成像、磁浮列车等领域都离不开洛伦兹力的应用。
《洛伦兹力的应用》PPT 课件
探索洛伦兹力在不同应用中的神奇效果。从同步加速器到磁共振成像，再到 磁浮列车，让我们一起揭开洛伦兹力的秘密。
什么是洛伦兹力？
洛伦兹力是描述电荷在电磁场中运动时所受到的力。
公式表达
洛伦兹力公式为 F = q(E + v × B)
物理意义
洛伦兹力决定了电荷运动轨迹和速度的变化。
1-2洛伦兹力课件(32张PPT)
第1章 安培力与洛伦兹力
(3)三个公式:由 f=Bvqsin
①半径
sin
r= ;
②周期
2π
T=
sin
=
③螺距 d=Tvcos
(sin )2
θ=m
可得
2π
;
2π cos
θ=
。
第1章 安培力与洛伦兹力
带电粒子(不计重力)以一定的速度进入磁感应强度为的匀强磁场时的运动轨迹:
期分别为Tp和Tα,已知mα=4mp,qα=2qp,下列选项正确的是(
A
)
A.Rp∶Rα=1∶2,Tp∶Tα=1∶2
B.Rp∶Rα=1∶1,Tp∶Tα=1∶1
C.Rp∶Rα=1∶1,Tp∶Tα=1∶2
D.Rp∶Rα=1∶2,Tp∶Tα=1∶1
解析 由洛伦兹力提供向心力 F
4π 2
qvB=m 2 r
(2)半径的确定
①利用半径公式求半径;
②由圆的半径和其他几何边构成直角三角形,利用几何知识求半径。
第1章 安培力与洛伦兹力
本课小结
第1章 安培力与洛伦兹力
当堂检测
1.如图所示是电子射线管示意图,接通电源后,电子射线由阴极沿x轴方向射出,在荧光屏上会看到
一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转,在下列措施中可采用的是(
高中物理 选择性必修第二册
第1章
第
2节洛Βιβλιοθήκη 兹力第1章 安培力与洛伦兹力
学习目标
1.通过实验认识洛伦兹力。
2.能判断洛伦兹力的方向,会计算它的大小。
3.知道洛伦兹力与安培力之间的关系,能推导出洛伦兹力的计算公式。
4.掌握带电粒子在匀强磁场中运动的规律,并能解答有关问题。
洛伦兹力的应用PPT教学课件
洛伦兹力的概念：运动电荷在磁场中 受到的作用力。
通电导线在磁场中所受到的安培力是 大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。
洛伦兹力的方向由左手定则判定
1、正电荷的运动方向与电流方向相同， 负电荷运动方向与电流方向相反。
2、洛伦兹力垂直于ν与Β所在的平面
洛伦兹力的大小
1.当电荷运动方向与磁场方向垂直
（v⊥B）时，f=qvB.
洛伦兹力的应用（带电粒子在磁场中的运动） 【讨论与交流】
1、有磁场作用时,电子的运动轨迹是否可能为直线? 2、电子为什么会做圆周运动？向心力由谁来提供？ 3、什么情况下电子会做螺旋运动？
洛伦兹力的应用（带电粒子在磁场中的运动）
在匀强磁场中洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力: 即:f=qvB=mv2/r 故得:r=mv/qB
【讨论与交流】
质子和 粒子以相同的动能垂直进入同一磁场,
它们能分开吗?
洛伦兹力的应用（回旋加速器）
(三)、回旋加速器
• 回旋加速器是原子核物理学中获得高速粒子的一种装置。 这种装置结构虽然很复杂，但其基本原理就是利用上面提 到的那个回旋共振频率与速率无关的性质。 如图，回旋加速器的核心部分为D形盒，它的形状有如扁 圆的金属盒沿直径剖开的两半，每半个都象字母"D"的形 状。两D形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源（如质 子、氘核或α粒子源等）。在两D形盒间接上交流电源 （其频率的数量级为106周/秒），于是在缝隙里形成一个 交变电场。由于电屏蔽效应，在每个D形盒的内部电场很 弱。D形盒装在一个大的真空容器里，整个装置放在巨大 的电磁铁两极之间的强大磁场中，这磁场的方向垂直于D 形盒的底面。
2、细胞的生长 增大个体体积
3、细胞的分化 ——形成具有不同形态和 功能的细胞
通电导线在磁场中所受到的安培力是 大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。
洛伦兹力的方向由左手定则判定
1、正电荷的运动方向与电流方向相同， 负电荷运动方向与电流方向相反。
2、洛伦兹力垂直于ν与Β所在的平面
洛伦兹力的大小
1.当电荷运动方向与磁场方向垂直
（v⊥B）时，f=qvB.
洛伦兹力的应用（带电粒子在磁场中的运动） 【讨论与交流】
1、有磁场作用时,电子的运动轨迹是否可能为直线? 2、电子为什么会做圆周运动？向心力由谁来提供？ 3、什么情况下电子会做螺旋运动？
洛伦兹力的应用（带电粒子在磁场中的运动）
在匀强磁场中洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力: 即:f=qvB=mv2/r 故得:r=mv/qB
【讨论与交流】
质子和 粒子以相同的动能垂直进入同一磁场,
它们能分开吗?
洛伦兹力的应用（回旋加速器）
(三)、回旋加速器
• 回旋加速器是原子核物理学中获得高速粒子的一种装置。 这种装置结构虽然很复杂，但其基本原理就是利用上面提 到的那个回旋共振频率与速率无关的性质。 如图，回旋加速器的核心部分为D形盒，它的形状有如扁 圆的金属盒沿直径剖开的两半，每半个都象字母"D"的形 状。两D形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源（如质 子、氘核或α粒子源等）。在两D形盒间接上交流电源 （其频率的数量级为106周/秒），于是在缝隙里形成一个 交变电场。由于电屏蔽效应，在每个D形盒的内部电场很 弱。D形盒装在一个大的真空容器里，整个装置放在巨大 的电磁铁两极之间的强大磁场中，这磁场的方向垂直于D 形盒的底面。
2、细胞的生长 增大个体体积
3、细胞的分化 ——形成具有不同形态和 功能的细胞
洛伦兹力的应用课件 高二物理(鲁科版2019选择性必修第二册)(共23张PPT)
A1A2,平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场.下列说法正确的是( ABC )
A.质谱仪是分析同位素的重要工具
B.速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外
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
[解析] 质谱仪是分析同位素的重要工具,A正确;
带电粒子在速度选择器中沿直线运动时,所受电场力和
粒子做匀速直线运动
左手定
则
生活实例
洛伦兹力的应用
6.磁流体发电机
等离子体射入，受洛伦
兹力偏转，使两极板带
电，板间电压为U，稳
定时 = , =
左手定
则
生活实例
洛伦兹力的应用
尔效应
平衡时，电场力等于洛伦
兹力(金属中能移动的自由
电荷为电子，带负电)
= = → = ℎ
盒中心的A点静止释放一质量为m、电荷量为q的带电粒子，
调整加速电场的频率，使粒子每次在电场中始终被加速，
最后在左侧D形盒边缘被特殊装置引出。不计带电粒子的重
力。求：
(1)粒子获得的最大动能Ekm；
例题 回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图所示。设匀
强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于半径为R的D形盒，狭
)
A.M处的电势高于N处的电势
B.增大M、N之间的加速电压可使P点左移
C.偏转磁场的方向垂直于纸面向外
D.增大偏转磁场磁感应强度的大小可
使P点左移 D
解析：电子在电场中加速运动，
电场力的方向和运动方向相同，
而电子所受电场力的方向与电场
的方向相反，所以M处的电势
低于N处的电势，A错误；
A.质谱仪是分析同位素的重要工具
B.速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外
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
[解析] 质谱仪是分析同位素的重要工具,A正确;
带电粒子在速度选择器中沿直线运动时,所受电场力和
粒子做匀速直线运动
左手定
则
生活实例
洛伦兹力的应用
6.磁流体发电机
等离子体射入，受洛伦
兹力偏转，使两极板带
电，板间电压为U，稳
定时 = , =
左手定
则
生活实例
洛伦兹力的应用
尔效应
平衡时，电场力等于洛伦
兹力(金属中能移动的自由
电荷为电子，带负电)
= = → = ℎ
盒中心的A点静止释放一质量为m、电荷量为q的带电粒子，
调整加速电场的频率，使粒子每次在电场中始终被加速，
最后在左侧D形盒边缘被特殊装置引出。不计带电粒子的重
力。求：
(1)粒子获得的最大动能Ekm；
例题 回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图所示。设匀
强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于半径为R的D形盒，狭
)
A.M处的电势高于N处的电势
B.增大M、N之间的加速电压可使P点左移
C.偏转磁场的方向垂直于纸面向外
D.增大偏转磁场磁感应强度的大小可
使P点左移 D
解析：电子在电场中加速运动，
电场力的方向和运动方向相同，
而电子所受电场力的方向与电场
的方向相反，所以M处的电势
低于N处的电势，A错误；
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。
2023教科版必修(3-1)第3章第五节《洛伦兹力的应用》ppt
特别提醒：(1)电子、质子、α粒子等一般不计 重力，带电小球、尘埃、液滴等带电颗粒一般 要考虑重力的作用． (2)注意重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹 力始终和运动方向垂直、永不做功的特点．
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 3．(2011年杭州高二检测)一个带电粒子以初速 度v0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿 出电场后接着又进入匀强磁场区域．设电场和磁 场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方 向平行，如图3－5－8中的虚线表示．在图所示 的几种情况中，可能出现的是( )
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穿透时间 t＝1T2，故 t＝112×2eπBm＝π3vd.
【答案】Leabharlann 2dBe vπd 3v
变式训练1 如图3－5－10所示，在圆形区域 里，有匀强磁场，方向如图所示，有一束速率 各不相同的质子自A点沿半径方向射入磁场， 这些质子在磁场中( ) A．运动时间越长的，其轨迹所对应的圆心角 越大 B．运动时间越长的，其轨迹越长 C．运动时间越短的，射出磁场时，速率越小 D．运动时间越短的，射出磁场时，速度方向 偏转越小
洛伦兹力的应用ppt
U
1.磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁 场后，幵在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期和速率、 半径均无关，带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间（半
个周期）后平行电场方向进入电场中加速．
2.电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的窄缝区域存在
周期性变化的幵垂直于两D形盒正对截面的匀强电场，带电粒
实现了在较小的空间范围内进行多级加速．
2.工作原理：利用电场对带电粒子的加速作用和 磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这 些过程在回旋加速器的核心部件——两个D形盒 和其间的窄缝内完成。
1931年，加利福尼亚大学的劳伦斯斯提出了一个卓越的思 想，通过磁场的作用迫使带电粒子沿着磁极之间做螺旋线运 动,把长长的电极像卷尺那样卷起来，发明了回旋加速器，第 一台直径为27cm的回旋加速器投入运行，它能将质子加速到 1Mev。1939年劳伦斯获诺贝尔物理奖。
r tan 2 R
m v0 式中匀速圆周运动的半径 R ,所以上式可写为 qB
qBr tan 2 m v0
可见，对于一定的带电粒子
（m,q一定），可以通过调节B和v0
大小来控制粒子的偏转角度θ. 利用磁场控制粒子的运动方向 的特点是：只改变带电粒子的运动 方向，不改变带电粒子的速度大小。
B v
因粒子经O点时的速度垂直于OP ．
故OP 是直径，l=2R 由此得 q/m=2v／Bl
M P l
O
N
三、高能物理研究重要装置——加速器
应用实例流程图:
新核 镍核 低速轻核 高速轻核 重核 中子 钴核 γ
肿瘤
汽化
1．直线加速器
2．回旋加速器
（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
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R m v0 qB
偏转角
tan qBr
2 mv0
可见：对于一定的带电粒子。可以通过调节B和V0的 大小来控制粒子的偏转角度。
磁偏转的特点：只改变速度的方向，不改变速度的
大小。
.
5
一、利用磁场控制带电粒子运动
弦切角
偏转角
α α
圆心角
结论： （1）偏转角等于圆心角。
（2）弦切角等于. 圆心角的一半。
(2)若V大于这一速度VO？ qvBqEvE Bvo
洛伦兹力大于电场力，带电粒子向洛伦兹力方向偏转，电场 力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是曲线。
.
8
三、质谱仪
1.作用：测定带电粒子速：动能定理
qU 1 mv2 0
2
（2）速度选择：v E B1
.
13
（二）、回旋加速器
结构：两个 D 形金属扁盒，在其上加有磁场和交 变的电场，两个 D形盒缝隙中心附近有离子源。
加速条件：交流电源的周期与带电粒子在匀强
磁场中做匀速圆周运动的周期相同.
.
14
回旋加速器
1.两D形盒中有匀强磁场 无电场，盒间缝隙有交变 电场。
2.电场使粒子加速（电场加速 过程中,时间极短,可忽略）， 磁场使粒子回旋（匀速圆周 运动）。 3.粒子回旋的周期不随半径改变。让电场方向变化的周 期与粒子回旋的周期一致，从而保证粒子始终被加速。
（2）其中的E、B的方向不仅互相垂直，且还有确定的关系；
（3）速度选择器中的粒子只能沿一个确定的方向通过。
.
7
二、速度选择器
原理：qvoBqE
＋＋＋＋＋＋ 挡板
vo
E B
B
－－－－－－
(1)若V小于这一速度V0？ qvBqEvE Bvo
电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做
正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大,轨迹是曲线。
思考：回旋加速器能不能无限提高粒子的能量？
答：据相对论理论知识，粒子速 度被加速到接近光速，质量明显 增强，周期也增加，破坏了回旋 加速器的同步条件。
T 2 m qB
.
20
目前世界上最大的回旋加速器在美国费米
加速实验室，环形管道的半径为2公里。产 生的高能粒子能量为50. 00亿电子伏特。 21
.
23
例1：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
例2:关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确
（3）偏转：R L mv
2 qB 2
（4）测量：q v 2E 测质量：
m B2R B1B2L .
9
.
10
四、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：
注意：加速电压小，多转几圈。电压大，少转几圈。
.
16
5. 加速的次数N N E k m qU
6. 运动时间
（1）加速粒子在 磁场中运动的时间t
t N T 2
T 2 m qB
（2）加速粒子电场中运动的时间t加
t加
=
vm a
（在加速电场中相当于 “匀加速直线运动”）
注意： t >> t加 .
17
.
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
.
15
4.带电粒子的最高能量与哪些因素有关？
带电粒子做圆周运动的半径最大只能等于D
形盒的半径 , 根据 R m v , 粒子运动的最大速度
qB
为
vm
qBRm 那么粒子获得的最大能量为：
m
Ekm12mvm 2
q2B2Rm 2 2m
可见：带电粒子一定的条件下，其获得的最大能量
E k m 取决于：D形盒的半径R，磁感应强度B.
18
回旋加速器的原理
B U~
××××××××
××××××××
××××××××
+
××××××××
U ~
× × ×B1 B× ×A’ A’×1 × × ×××××××× × × B×’1B×’ ×A A×1 × ×
+ ××××××××
××××××××
××××××××
××××××××
××××××××
.
19
3.5 洛伦兹力的应用
.
1
学习目标
1、掌握带电粒子在匀强磁场中匀速圆周运动 的特点，半径公式和周期公式
2、认识洛伦兹力的应用 3、理解质谱仪和回旋加速仪的工作原理
.
2
磁场中的带电粒子一般可分为两类：
1、带电的基本粒子：如电子，质子，α粒子，正负 离子等。这些粒子所受重力和洛仑磁力相比在小得 多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑 重力。（但并不能忽略质量）。
2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有 说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。
3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗 示或运动状态来判定
.
3
复习回顾
1、圆周运动的半径
v2 qvB m
R
R mv qB
2、圆周运动的周期
T 2 R
v
T 2 m qB
.
4
一、利用磁场控制带电粒子运动
tan r 2R
北京正负电子对撞机. 改造后的直线加速器22
回旋加速器——结论
1. 在磁场中做圆周运动,周期不变。 2. 每一个周期加速两次。 3. 电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相
同。 4. 电场一个周期中方向变化两次。 5. B不变时：某一个粒子能被加速的最大速度由
盒的半径决定。 6. 电场加速过程中,时间极短,可忽略。
6
二、速度选择器
在如图所示的平行板器件中，电场强度和磁感应强度相互
垂直，具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不
同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫
速度选择器。
1.原理：qvoBqE
＋＋＋＋＋＋ 挡板
vo
E B
2.特点：
B
－－－－－－
（1）只选择速度，不选择粒子（质量、电量、电性）；
E k q ( U 1 U 2 U 3 … U n )
.
11
缺点：直线加速器占有的空间范围大，在有限的空 间范围内制造直线加速器受到一定的限制．
1966年建成的美国斯坦福电子直线加速器管长3050米.
直线加速器占地太大，能不能让它小一点
.
12
劳伦斯（1901－1958）：美国物理学家
偏转角
tan qBr
2 mv0
可见：对于一定的带电粒子。可以通过调节B和V0的 大小来控制粒子的偏转角度。
磁偏转的特点：只改变速度的方向，不改变速度的
大小。
.
5
一、利用磁场控制带电粒子运动
弦切角
偏转角
α α
圆心角
结论： （1）偏转角等于圆心角。
（2）弦切角等于. 圆心角的一半。
(2)若V大于这一速度VO？ qvBqEvE Bvo
洛伦兹力大于电场力，带电粒子向洛伦兹力方向偏转，电场 力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是曲线。
.
8
三、质谱仪
1.作用：测定带电粒子速：动能定理
qU 1 mv2 0
2
（2）速度选择：v E B1
.
13
（二）、回旋加速器
结构：两个 D 形金属扁盒，在其上加有磁场和交 变的电场，两个 D形盒缝隙中心附近有离子源。
加速条件：交流电源的周期与带电粒子在匀强
磁场中做匀速圆周运动的周期相同.
.
14
回旋加速器
1.两D形盒中有匀强磁场 无电场，盒间缝隙有交变 电场。
2.电场使粒子加速（电场加速 过程中,时间极短,可忽略）， 磁场使粒子回旋（匀速圆周 运动）。 3.粒子回旋的周期不随半径改变。让电场方向变化的周 期与粒子回旋的周期一致，从而保证粒子始终被加速。
（2）其中的E、B的方向不仅互相垂直，且还有确定的关系；
（3）速度选择器中的粒子只能沿一个确定的方向通过。
.
7
二、速度选择器
原理：qvoBqE
＋＋＋＋＋＋ 挡板
vo
E B
B
－－－－－－
(1)若V小于这一速度V0？ qvBqEvE Bvo
电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做
正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大,轨迹是曲线。
思考：回旋加速器能不能无限提高粒子的能量？
答：据相对论理论知识，粒子速 度被加速到接近光速，质量明显 增强，周期也增加，破坏了回旋 加速器的同步条件。
T 2 m qB
.
20
目前世界上最大的回旋加速器在美国费米
加速实验室，环形管道的半径为2公里。产 生的高能粒子能量为50. 00亿电子伏特。 21
.
23
例1：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
例2:关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确
（3）偏转：R L mv
2 qB 2
（4）测量：q v 2E 测质量：
m B2R B1B2L .
9
.
10
四、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：
注意：加速电压小，多转几圈。电压大，少转几圈。
.
16
5. 加速的次数N N E k m qU
6. 运动时间
（1）加速粒子在 磁场中运动的时间t
t N T 2
T 2 m qB
（2）加速粒子电场中运动的时间t加
t加
=
vm a
（在加速电场中相当于 “匀加速直线运动”）
注意： t >> t加 .
17
.
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
.
15
4.带电粒子的最高能量与哪些因素有关？
带电粒子做圆周运动的半径最大只能等于D
形盒的半径 , 根据 R m v , 粒子运动的最大速度
qB
为
vm
qBRm 那么粒子获得的最大能量为：
m
Ekm12mvm 2
q2B2Rm 2 2m
可见：带电粒子一定的条件下，其获得的最大能量
E k m 取决于：D形盒的半径R，磁感应强度B.
18
回旋加速器的原理
B U~
××××××××
××××××××
××××××××
+
××××××××
U ~
× × ×B1 B× ×A’ A’×1 × × ×××××××× × × B×’1B×’ ×A A×1 × ×
+ ××××××××
××××××××
××××××××
××××××××
××××××××
.
19
3.5 洛伦兹力的应用
.
1
学习目标
1、掌握带电粒子在匀强磁场中匀速圆周运动 的特点，半径公式和周期公式
2、认识洛伦兹力的应用 3、理解质谱仪和回旋加速仪的工作原理
.
2
磁场中的带电粒子一般可分为两类：
1、带电的基本粒子：如电子，质子，α粒子，正负 离子等。这些粒子所受重力和洛仑磁力相比在小得 多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑 重力。（但并不能忽略质量）。
2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有 说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。
3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗 示或运动状态来判定
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3
复习回顾
1、圆周运动的半径
v2 qvB m
R
R mv qB
2、圆周运动的周期
T 2 R
v
T 2 m qB
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4
一、利用磁场控制带电粒子运动
tan r 2R
北京正负电子对撞机. 改造后的直线加速器22
回旋加速器——结论
1. 在磁场中做圆周运动,周期不变。 2. 每一个周期加速两次。 3. 电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相
同。 4. 电场一个周期中方向变化两次。 5. B不变时：某一个粒子能被加速的最大速度由
盒的半径决定。 6. 电场加速过程中,时间极短,可忽略。
6
二、速度选择器
在如图所示的平行板器件中，电场强度和磁感应强度相互
垂直，具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不
同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫
速度选择器。
1.原理：qvoBqE
＋＋＋＋＋＋ 挡板
vo
E B
2.特点：
B
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（1）只选择速度，不选择粒子（质量、电量、电性）；
E k q ( U 1 U 2 U 3 … U n )
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11
缺点：直线加速器占有的空间范围大，在有限的空 间范围内制造直线加速器受到一定的限制．
1966年建成的美国斯坦福电子直线加速器管长3050米.
直线加速器占地太大，能不能让它小一点
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12
劳伦斯（1901－1958）：美国物理学家