【三维设计】2015高考物理(人教通用版)大一轮复习精讲课件：第8章 磁场 第2节 磁场对运动电荷的作用

第2节
第2节 磁场对运动电荷的作用 结束
磁场对运动电荷的作用
洛伦兹力
[想一想]
来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空 的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将相对该点向 哪个方向偏？
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提示：地球表面地磁场方向由南向北，质子是氢原子核， 带正电荷。根据左手定则可判定，质子自赤道上空竖直下落过 程中受洛伦兹力方向向东，故相对该点向东偏。
式 qU＝12mv2。
粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据
牛顿第二定律得关系式 qvB＝
v2 mr
。
由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、
比荷。
1 r＝ B
2mU q
，m＝q2r2UB2，mq ＝
2U B2r2
。
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答案：
图 8－2－3
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质谱仪和回旋加速器 [想一想] 回旋加速器 D 形盒内有无电场？粒子在盒内做何运动？ 所加交变电场的周期多大？能否将粒子能量加到无限大？
图 8－2－4
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提示：D 形盒内无电场；带电粒子在盒内做匀速圆周运 动；所加交变电场的周期 T＝2qπBm；不能将粒子能量加到无 限大。
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物理学史链接……………………………………背背就能捞分 1．荷兰物理学家洛伦兹提出运动电荷产生了磁场和磁场
对运动电荷有作用力(洛伦兹力)的观点。 2．英国物理学家汤姆孙发现电子，并指出：阴极射线
是高速运动的电子流。 3．汤姆孙的学生阿斯顿设计的质谱仪可用来测量带电
粒子的质量和分析同位素。 4．1932 年，美国物理学家劳伦兹发明了回旋加速器，能在
实验室中产生大量的高能粒子。(最大动能仅取决于磁场和 D 形 盒直径，带电粒子圆周运动周期与高频电源的周期相同)
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[试一试] 3．(多选)如图 8－2－7 是质谱仪的工作原理
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[记一记] 1．洛伦兹力 磁场对 运动电荷 的作用力叫洛伦兹力。 2．洛伦兹力的方向 (1)判定方法：左手定则 掌心——磁感线 垂直 穿入掌心；
四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的 反方向 ； 拇指——指向 洛伦兹力 的方向。 (2)方向特点：F⊥B，F⊥v，即 F 垂直于 B 和 v 决定的 平面 。
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[试一试] 1．(2014·黄山检测)下列图 8－2－2 中，运动电荷的速度方向、磁
感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是 ( )
图 8－2－2 解析：根据左手定则，A 中 F 方向应向上，B 中 F 方向应向下， 故 A 错、B 对。C、D 中都是 v∥B，F＝0，故 C、D 都错。 答案：B
2．回旋加速器 (1)构造：如图 8－2－6 所示，D1、D2 是
半圆金属盒，D 形盒的缝隙处接 交流 电源。
D 形盒处于匀强磁场中。 (2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动
的周期 相等 ，粒子在做圆周运动的过程中一 图 8－2－6 次一次地经过 D 形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向， 粒子就会被一次一次地加速，由 qvB＝mRv2，得 Ekm＝q22Bm2R2， 可见粒子获得的最大动能由 磁感应强度 B 和 D 形盒 半径 R 决定，与加速电压 无关 。
示意图。带电粒子被加速电场加速后，进 入速度选择器。速度选择器内相互正交的 匀强磁场和匀强电场的强度分别为 B 和 E。平板 S 上有可让粒子通过的狭缝 P 和 记录粒子位置的胶片 A1A2。平板 S 下方有 强度为 B0 的匀强磁场。下列表述正确的是
图 8－2－7 ()
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3．洛伦兹力的大小 F＝ qvBsin θ ，θ 为 v 与 B 的夹角，如图 8－2－1 所示。 (1)v∥B 时，θ＝0°或 180°，洛伦兹力 F＝ 0 。 (2)v⊥B 时，θ＝90°，洛伦兹力 F＝ qvB 。 图 8－2－1 (3)v＝0 时，洛伦兹力 F＝ 0 。
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3．半径和周期公式：(v⊥B)
mv
qvB＝mvR2
导出 ――→
R＝__q_B__
2πm
T＝2πvR＝ qB
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[试一试]
2．试画出下图中几种情况下带电粒子的运动轨迹，并说出其运动 性质。
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 E/B D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P，粒子的比荷
越小
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解析：因同位素原子的化学性质完全相同，无法用化学方法进 行分析，故质谱仪就成为同位素分析的重要工具，A 正确。在 速度选择器中，带电粒子所受电场力和洛伦兹力在粒子沿直线 运动时应等大反向，结合左手定则可知 B 正确。再由 qE＝qvB 有 v＝E/B，C 正确。在匀强磁场 B0 中 R＝qmBv0，所以mq ＝Bv0R， D 错误。 答案：ABC
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[记一记] 1．质谱仪 (1)构造：如图 8－2－5 所示，由粒子源、加速电场 、 _匀__强__磁__场__和照相底片等构成。
图 8－2－5
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(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系
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带电粒子在匀强磁场中的运动
[记一记]
1．洛伦兹力的特点
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洛伦兹力不改变带电粒子速度的 大小 ，或者说洛伦兹力对
带电粒子不做功。 2．粒子的运动性质 (1)若 v0∥B，则粒子 不受洛伦兹力 ，在磁场中做匀速直线
运动。
(2)若v0⊥B，则带电粒子在匀强磁场中做 匀速圆周运动 。