第 5 节 洛伦兹力的应用1．带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用，利用磁场可以控制带电粒子的运动方向，但不能改变带电粒子的速度大小。2．回旋加速器由两个 D 形盒组成，带电粒子在 D形盒中做圆周运动，每次在两 D 形盒之间的窄缝区域被电场加速，加速电场的周期与粒子圆周运动周期相同。回旋加速器是由劳伦斯发明的。3．质谱仪把比荷不相等的粒子分开，并按比荷顺序的大小排列，故称之为“质谱”。质谱仪是阿斯顿发明的。一、利用磁场控制带电粒子运动1．实例如图 351 所示为一具有圆形边界、半径为 r 的匀强磁场，磁感应强度大小为 B，一个初速度大小为 v0的带电粒子(m，q)沿该磁场的直径方向从 P 点射入，在洛伦兹力作用下从 Q点离开磁场。图 351(1)可以证明，该粒子离开磁场时速度方向的反向延长线必过圆心。(2)设粒子离开磁场时的速度方向与进入磁场时相比偏转了 θ 角，则由图中几何关系可以看出 tan＝＝。可见，对于一定的带电粒子(m，q 一定)，可以通过调节 B 和 v0 的大小来控制粒子的偏转角度 θ。2．特点利用磁场控制带电粒子的运动，只能改变粒子的运动方向而不能改变粒子的速度大小。二、质谱仪1．比荷带电粒子的电荷量与质量之比，也叫荷质比。2．质谱仪测定带电粒子比荷的仪器。3．构造如图 352 所示，主要由离子源(S1上方，图中未画出)、加速电场(狭缝 S1与 S2之间的电场)、速度选择器(S2与 S3之间的装置)、偏转磁场 B2和照相底片等组成。图 3524．工作原理(1)速度选择器的工作原理：速度选择器是由 P1和 P2两平行金属板产生的场强为 E 的匀强电场及与电场方向垂直、磁感应强度为 B1的匀强磁场区域组成，通过速度选择器的粒子满足：qvB1＝qE 即 v＝。(2)质谱仪的工作原理：速度为 v＝的带电粒子通过狭缝 S3垂直进入磁感应强度为 B2的匀强磁场区域，在洛伦兹力的作用下做半个圆周运动后打在底片上并被接收，形成一个细条纹，测出条纹到狭缝S3的距离 L，就得出了粒子做圆周运动的半径 R＝，再由 R＝以及 v 和 B2即可得出粒子的比荷＝。三、回旋加速器1．构造(1)核心部分：两个 D 形盒，中间留有窄缝，装在巨大电磁铁之间的真空容器里，如图353 所示。图 353(2)粒子源：放于窄缝中心附近。(3)磁场：方向垂直于金属盒底面。(4)电场：两盒分别接在周期性变化的交流电源的两极上，窄缝中形成方向可变的加速电场，方向垂直于窄缝。2．工作原理(1)磁场作用：带电粒子垂直磁场方向射...
