高三物理洛伦兹力的应用PPT精品课件
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6.3洛仑兹力的应用 课件(3)(28张)
洛伦兹力的应用（质谱仪）
（二）、荷质比(比荷)的测定、质谱仪
1.荷质比(比荷)的概念：带电粒子的电荷与质量之比。 它是带电粒子的基本参量。 2.测定荷质比的装置：
A电离室：带电粒子由S1进入质谱仪 的加速电场，由动能定理得：
1 2 qU m v 2
mv 做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力 r qB
带电粒子 在电场磁 场中的运 动
带电体在复合场中的运动
1、带电粒子在电场、磁场、重力场中的运动，简称带电粒子在 复合场中的运动，一般具有较复杂的运动图景。这类问题本质 上是一个力学问题，应顺应力学问题的研究思路和运用力学的 基本规律。 ◆分析带电粒子在电场、磁场中运动，主要是两条线索： ⑴力和运动的关系。根据带电粒子所受的力，运用牛顿第二定 律并结合运动学规律求解。
（一）实验：观察运动电荷在磁场中的轨迹
图6-23所示的装置叫做洛 伦兹力演示仪。玻璃泡内 的电子枪(即阴极)发射出 阴极射线,使泡内的低压汞 蒸气发出辉光,这样就可显 示出电子的轨迹。
带电粒子垂直进入匀强磁场
亥姆霍兹线圈
电
子
枪
加速电压 选择挡
磁场强弱选择挡
1.观察并回答相关问题
(1)当没有磁场作用时,观察电子的运动轨迹,你 看到了什么? (2)当外加一磁场,让电子垂直射入磁场时,电子 的运动轨迹有什么变化(图6-24)? (3)当外加一磁场,让电子不垂直射入磁场时,电 子的运动轨迹有什么变化(图6-25)?
平衡状态
例3:在真空中,匀强电场E的方向竖直向下， 匀强磁场B的方向垂直纸面向里,三个油滴a、 b、c带有等量同种电荷，已知a静止，b以v 向右匀速运动，c以v向左匀速运动，试比 较它们的质量： ma 、mb、 mc的关系 B
《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
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
【选修3—1】3.5 洛伦兹力的应用(精选课件)
弦切角 P＋ F R θ O′ 圆心角 v0 O r α θ 偏转角
1、确定圆心：
圆心一定在速度的 垂线上，也一定在弦的 中垂线上。
α
＋
Q v0
2、角度之间的关系：
（1）偏转角等于圆心 角；（2）弦切角等于圆 心角的一半。
F
一、利用磁场控制带电离子偏转
弦切角
P＋ F R θ O′ 圆心角 v0 O r α θ 偏转角
O
M v v
M P -q v v
⑵半径的计算 几何法求半径（勾股定理、三角函数） 向心力公式求半径（R= mv/qB）
圆心确定后，寻找与半径和已知量相关的直角三角形， 利用几何知识，求解圆轨迹的半径。
带电粒子在有界磁场中的运动问题，综合性 较强，解这类问题既要用到物理中的洛仑兹力、 圆周运动的知识，又要用到数学中的平面几何中 的圆及解析几何知识 ．但只要准确地画出轨迹图， 并灵活运用几何知识和物理规律，找到已知量与 轨道半径r、周期T的关系，求出粒子在磁场中偏 转的角度或距离以及运动时间不太难。
v
mv 3mv r , 得B 2aq 3 Bq
射出点坐标为（0，3a ）
y
2a
B
O/
v
a
o
x
［练习5］质量为m带电量为e的电子垂直磁场方
仅受洛伦兹力下圆形边界磁场的规律
规律1：在圆形区域 内，沿径向射入的粒 子，必沿径向射出。 情形1：
v α B O θ 边 界 圆
规律:2：在圆形区域内，沿 非径向射入的粒子，两圆心 连线OO′与点C共线。 情形2：
边 界 圆 B O C A B
O＇
θ
O′
轨 迹 圆
v
轨迹圆
仅受洛伦兹力下利用磁场控制带电离子偏 转
1、确定圆心：
圆心一定在速度的 垂线上，也一定在弦的 中垂线上。
α
＋
Q v0
2、角度之间的关系：
（1）偏转角等于圆心 角；（2）弦切角等于圆 心角的一半。
F
一、利用磁场控制带电离子偏转
弦切角
P＋ F R θ O′ 圆心角 v0 O r α θ 偏转角
O
M v v
M P -q v v
⑵半径的计算 几何法求半径（勾股定理、三角函数） 向心力公式求半径（R= mv/qB）
圆心确定后，寻找与半径和已知量相关的直角三角形， 利用几何知识，求解圆轨迹的半径。
带电粒子在有界磁场中的运动问题，综合性 较强，解这类问题既要用到物理中的洛仑兹力、 圆周运动的知识，又要用到数学中的平面几何中 的圆及解析几何知识 ．但只要准确地画出轨迹图， 并灵活运用几何知识和物理规律，找到已知量与 轨道半径r、周期T的关系，求出粒子在磁场中偏 转的角度或距离以及运动时间不太难。
v
mv 3mv r , 得B 2aq 3 Bq
射出点坐标为（0，3a ）
y
2a
B
O/
v
a
o
x
［练习5］质量为m带电量为e的电子垂直磁场方
仅受洛伦兹力下圆形边界磁场的规律
规律1：在圆形区域 内，沿径向射入的粒 子，必沿径向射出。 情形1：
v α B O θ 边 界 圆
规律:2：在圆形区域内，沿 非径向射入的粒子，两圆心 连线OO′与点C共线。 情形2：
边 界 圆 B O C A B
O＇
θ
O′
轨 迹 圆
v
轨迹圆
仅受洛伦兹力下利用磁场控制带电离子偏 转
高考物理专题复习 专题七 洛伦兹力的应用(共26张PPT)
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1．（多选）如图是磁流体发电机的示意图，平行金属板 A、C 表面积为 S，间
距为 d，匀强磁场垂直纸面向外，磁感应强度为 B，两金属板通过导线与滑动
变阻器相连，变阻器接入电路的电阻为 R。等离子体连续以速度 v 平行于两金
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T 2 m
qB
2 1
H
1 1
H
NqU
1 2
mvm2
Ekm
C
✘ ✘
✔
✘
Ekm
1 2
mvm2
q2B2R2 2m
t1
N
T 2
N m
qB
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属板垂直射入磁场，稳定时等离子体在两板间均匀分布，电阻率为 ρ，理想电
流表Ⓐ的读数为 I，忽略边缘效应，则 BCD
✘ A．发电机的电动势 E＝IR ✔ B．发电机的内电阻为 r＝BIdv－R
强磁场中，当电流通过该导体时，在导体的上、下表面之间会产生电势差，这种现象称为
霍尔效应．实验表明：当磁场不太强时，电势差 U、电流 I 和磁感应强度 B 的关系为U k BI ， d
式中的比例系数 k 称为霍尔系数，设载流子的电荷量大小为 q，金属导体单位体积内的自
由电荷数目为 n，下列说法正确的是 B D
d
x1
x2
（3）若用这个质谱仪分别观测氢的两种同位 素离子（所带电荷量为e），它们分别打在照相 底片上相距为d的两点。
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
高中物理《洛伦兹力的应用实例》课件ppt
图11－3－2
(3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，
磁场的磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势 差U＝ Bvd .
6．电磁流量计
工作原理：如图 11－3－3 所示，圆
形导管直径为 d，用非磁性 材料制
成，导电液体在管中向左流动，导电
液体中的自由电荷(正、负离子)在洛
图 11－3－3
求D形盒的面积也越大 解析：带电粒子在两D形盒内做圆周运动时间等于半个 圆周运动周期，而粒子运动周期T＝2πm/qB与粒子速度 无关，则有t4－t3＝t3－t2＝t2－t1，选项A正确；高频电
源的变化周期应该等于 2(tn－tn－1)，选项 B 错误；由 R＝ mv/qB 可知，粒子的最大动能为 Ekm＝B22qm2R2，故粒子最 后获得的最大动能与加速次数无关，与 D 形盒内磁感应强
(2)电场力和洛伦兹力平衡时有 eUh＝evB 电流与自由电子定向运动的速度关系为 I＝nevS＝nedhv 解上述两式可得 n＝eBdUI .
5．磁流体发电机
(1)磁流体发电是一项新兴技术 它可以把 物体的内能 直接转 化为 电能 ．
(2)根据左手定则，判断知如图 11－3－2中的B是发电机 正极．
2．粒子在磁场中运动的总时间 粒子在磁场中运动一个周期，被电场加速两次，带电粒子 被电场加速的次数由加速电压决定，n＝EqkUm，所以粒子在 磁场中运动的总时间： t＝n2T＝2EqkUm·2qπBm＝2qm2B·22qRU2 ·2qπBm＝π2BUR2.
[例4] 回旋加速器是用于加速带电粒子流，使之获 得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒， 两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间狭缝 中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝都得到加速；两 盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置 于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为q、质量 为m，粒子最大回旋半径为Rm，磁场的磁感应强度为B， 其运动轨迹如图8－2－17所示，问：
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6.3洛伦兹力的应用
1、带电粒子在磁场中的运动
观察：运动电荷在磁场中的轨迹
学生观察： 1、当带电粒子运动方向与磁场方向相同时，做直线运动。 2、当带电粒子运动方向与磁场方向垂直时，做匀速圆周运动 3、当带电粒子运动方向与磁场方向成某一夹角时，做螺旋
运动。
2、带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动
3、加速器 (1)直线加速器
(2)回旋加速器
例题:
用电源频率是11.5MHz的回旋加速器对氦核加速,使氦的能量
达到400MeV.这个回旋加速器的直径约多大?氦核(α粒子)带
两个正元电荷(即2×1.6×10-19C),它的质量是6.64×10-27kg.
(1eV=1.6×10-19J)
3.84m
THANKS
一带电粒子质量为m，电荷 量为q，
速率为v，匀强磁场的磁感应强度
v
为B，其中v与b垂直。
（1）带电粒子受到的洛伦兹力
B
F qvB
（2）带电粒子做圆周运动的轨道半径
v2 r
r mv qB
（3）带电粒子做圆周运动的周期 T2r 2m
v qB
问题:在现代科技中为了探索原子核内部的构造,需要用高速带 电粒子充当微型”炮弹”轰击原子核,从而引起原子核内部的变化, 那么如何让带电的粒子获得巨大的能量(速度)?
FOR WATCHING
演讲人: XXX
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1、带电粒子在磁场中的运动
观察：运动电荷在磁场中的轨迹
学生观察： 1、当带电粒子运动方向与磁场方向相同时，做直线运动。 2、当带电粒子运动方向与磁场方向垂直时，做匀速圆周运动 3、当带电粒子运动方向与磁场方向成某一夹角时，做螺旋
运动。
2、带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动
3、加速器 (1)直线加速器
(2)回旋加速器
例题:
用电源频率是11.5MHz的回旋加速器对氦核加速,使氦的能量
达到400MeV.这个回旋加速器的直径约多大?氦核(α粒子)带
两个正元电荷(即2×1.6×10-19C),它的质量是6.64×10-27kg.
(1eV=1.6×10-19J)
3.84m
THANKS
一带电粒子质量为m，电荷 量为q，
速率为v，匀强磁场的磁感应强度
v
为B，其中v与b垂直。
（1）带电粒子受到的洛伦兹力
B
F qvB
（2）带电粒子做圆周运动的轨道半径
v2 r
r mv qB
（3）带电粒子做圆周运动的周期 T2r 2m
v qB
问题:在现代科技中为了探索原子核内部的构造,需要用高速带 电粒子充当微型”炮弹”轰击原子核,从而引起原子核内部的变化, 那么如何让带电的粒子获得巨大的能量(速度)?
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演讲人: XXX
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