3.5洛伦兹力的应用

v E B
2.磁流体发电机
1、AB哪一个是电源的正极？
2、此发电机的电动势？
等离子体束
两板距离为d，磁感应强度为B，等离子速度为v，电量为q
qE=qvB
电动势：U=Ed=Bvd 电流：I=U/（R+r）
3、电磁流量计 流体为：导电液体 目的：测流量
图是电磁流量计的示意图，在非磁性材料做成的圆管道外加一
r
联立得：r Nhomakorabea1 B
2mU q
5、质谱仪
1. S1S2 (加速电场)
精密测量带电粒子质量和分析同位 素（测荷质比）的仪器
qU 1 mv2 2
速度选择器
s1 ... s2
照相底片
-p1
. .
. .
. .
...
.................
p2
+
s3
................ .............
匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁场区域时，测出管
壁上的ab两点间的电势差U，就可以知道管中液体的流量Q---
— 单位时间内流过液体的体积（m3/s）。已知管的直径为d，磁感
应强度为B，试推出Q与U的关系表达式。
—
qvB=qE=qU/d得v=U/Bd
流量：
Q=Sv=πdU/4B
+
若管道为其他形状,如矩形呢?
.........
2. P1P（2 速度选择器）：
E qE qvB1 v B1
3. S3下方(匀强磁场（) 偏转）
qvB2

mv2 r

r

mv qB2
质谱仪的示意图
6.加速器 （一）直线加速器

３.５洛伦兹力的应用
例题 一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下 方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎 为零，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强 度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。 •（1）求粒子进入磁场时的速率。 •（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。
质谱仪 通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子 的比荷或质量及分析同位素的仪器.
• • • • •
已知：E=1.00 ☓105V/m B=0.40T B′=0.50T m1=63 ☓1.66 ☓10-27kg m2=65 ☓1.66 ☓10-27kg
B
,
2 、如图所示，在半径为 R 的圆的范围内，
有匀强磁场，方向垂直圆所在平面向
里．一带负电的质量为m电量为q粒子，从A
点沿半径 AO 的方向射入，并从 C 点射出磁
(2) 电
v θ B d
带电粒子在磁场中运动情况研究
• 1、找圆心：方法 • 2、定半径：
利用v⊥R 利用弦的中垂线
几何法求半径
向心力公式求半径 2 • 3、确定运动时间： 2m qB 注意：θ用弧度表示
t T T
例:如图所示，在第一象限有磁感应强度为B的 匀强磁场，一个质量为m，带电量为+q的粒子 以速度v从O点射入磁场，θ角已知，求粒子在磁 场中飞行的时间和飞离磁场的位置（粒子重力 不计）
直线加速器
～
粒子在每个加速电场中的运动时间相等， 因为交变电压的变化周期相同
回旋加速器
回旋加速器
两D形盒中有匀强磁场无电场，盒
间缝隙有交变电场。
电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。 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

3、电视显像管中的扫描：
在电视显像管的偏转区 中存在水平方向和竖直方向 强弱和方向都在不断变化的 偏转磁场，于是，电子枪发 出的电子束在荧光屏上的发 光点不断移动，对图像进行 扫描，扫描的路线如图所示， 从a开始，逐行进行，直到b， 且每秒要进行50场扫描，由 于人们的“视觉暂留”，所 以感觉到整个荧光屏上整个 都发光了。
你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同吗？
1、大小的不同： 电场力F=qE 洛伦兹力F=qvB 2、方向的不同：电场力方向与电场方向平行
洛伦兹力方向与磁场方向垂直 3、作用关系的不同：
电荷在电场中一定要受到电场力的作用 运动电荷在磁场中不一定要受到洛伦兹力的作用 4、做功的不同：
电场力对运动的电荷不一定做功 洛伦兹力对运动的电荷一定不做功
（1）当v平行于B时： f 0
（2）当v垂直于B时： f qvB
思考与讨论
由F洛=qvB，可得B=F洛/qv，与电场强度 E=F/q对比，可知磁场与电场有着怎样的不同 之处？
磁场只与运动电荷有关。
静止的电荷和运动的电荷周围都能产 生电场，而磁场只能由运动电荷产生。故 静止的电荷只能受库仑力的作用，而运动 的电荷既受库仑力的作用，还会受到洛伦 兹力的作用。
洛伦兹——“我
们时代最伟大最尊贵 的人”。
知识回顾:
1、洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力，叫 做洛伦兹力。
2、方向：由左手定则判断 （1）洛仑兹力F一定和B、V决定的平面垂直。 （2）洛仑兹力只改变速度的方向而不改变其大小。
（3）洛伦兹力永远不做功。
3、洛伦兹力的大小：
f qvB sin θ为B与v之间夹角
太阳磁暴
地磁场的磁层分布图
宇宙射线
从太阳或其他星体上， 时刻都有大量的高能粒子流 放出，称为宇宙射线。这些 高能粒子流若都到达地球， 将对地球上的生物带来危害。 但由于地球周围存在磁场， 在洛伦兹力的作用下，改变 了宇宙射线中带电粒子的运 动方向，从而对宇宙射线起 了一定的阻挡作用。

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。