80-5.6 洛伦兹力与现代科技

80-5.6 洛伦兹力与现代科技

加速器经历了三次革命：先是对高频加速电场的频率进行调整，研制同步回旋加速器；后又研制出磁场呈某种分布的回旋加速器，它能使不同质量的粒子在不同半径的轨道上回旋频率保持不变；后科学家运用对撞可使加速粒子能量得到充分利用的原理建成了对撞机，从此开创了加速器发展的新纪元。现在加速器的能力提高了9个数量级，每单位能量的造价降低了约4个数量级。
　2、质谱仪
　（1）作用：分析同位素和测量带电粒子质量的精密仪器。
　（2）原理：
　如右图所示：
　①经过加速电场后的粒子速度为多少？
　qU = mv2/2， v = √2qU/m
　②进入速度选择器的粒子具有怎样大小的速度，才能顺利进入磁场？B1qv = qE，V = E/B1
　③求落点到入口的距离X？
　B2qv = mv2/R，R = mv/qB2，X = 2R = 2mv/qB2 = 2mE/qB1B2
　　思考与讨论：洛伦兹力在现代科技中的广泛应用
　提示：回旋计算器、质谱仪、速度选择器、磁流体发电机、电子显微镜、彩色电视机等现代高科技仪器设备中，都要用到洛伦兹力来控制电荷的运动。例如，彩色电视机能显示色彩缤纷的活动图像：显像管内的真空电子管的电子枪 高速电子束击中不同颜色的荧光块，电子束在偏转线圈产生的偏转磁场的洛伦兹力的作用下，在荧光屏上一行一行地扫描，同时受到同步信号的控制，打到荧光屏上的正确位置，显示出图像来。
　
　四、典型例题
　知识点1、回旋加速器的理解
　例题1、如图所示，回旋加速器D型盒的半径为R,匀强磁场的磁感应强度为B，高频电场的电压为U，So为粒子源，S'为引出口。若被加速粒子的质量为m，电荷量为q，设粒子加速时质量不变，且不考虑粒子从粒子源出来时具有的能量。求：
　⑴粒子从加速器中射出时所具有的能量？
　⑵外加电场的变化周期为多少？
　⑶粒子在加速器中被加速的时间共为多少？
　答案与解析：
　⑴R= v=所以E==
　⑵T=
　⑶设在该仪器中一共转了N周
　每周转的能量E/=2Uq 所以N=
　所以t=NT=
　拓展提升：研究带电粒子在复合场中运动时，是否考虑重力要依据具体情况而定：
　①微观基本粒子：如电子、质子、粒子、离子等，除有说明或有明确暗示以外，一般都不考虑重力。
　②宏观带电颗粒，如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确暗示以外，一般都不能忽略重力。
　
　知识点2、速度选择器
　例2、如图所示，在平行带电金属板间有垂直纸面向里的匀强磁场，质子（）、氘核（）、氚核（）沿平行金属板方向以相同动能射入两板间，其中氘核沿直线运动未发生偏转，质子和氚核发生偏转后射出，则 ( )