2017-2018学年高中物理第三章磁场第六节洛伦兹力与现代技术课件粤教版

2．粒子源：放在窄缝中心附近． 3．电场：两盒分别接在周期性变化的交变电流的两 极上，窄缝中形成周期性变化的加速电场．
4 原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期 _相___等__，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过 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
小试身手
1.如图是荷质比相同的 a、b 两粒子从 O 点垂直匀强 磁场进入正方形区域的运动轨迹，则( )
A．a 的质量比 b 的质量大 B．a 带正电荷、b 带负电荷 C．a 在磁场中的运动速率比 b 的大 D．a 在磁场中的运动时间比 b 的长
解析：荷质比相同，但不知电量，故不能比较 a、b
的质量，A 错；由左手定则可知，a、b 都带负电荷，B
(1)已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出 射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线 的交点就是圆弧轨道的圆心[如图(1)所示，图中 P 为入射 点，M 为出射点]．
(2)已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射 点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线， 这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心[如图(2)所示，P 为入射点，M 为出射点]．
提炼知识 1．同位素：原子序数_相___同_，原子质量_不__同__的原子． 2．质谱仪． (1) 构 造 ： 如 图 所 示 ， 由 粒 子 源 、 __加__速__电__场___ 、 __偏__转__磁__场__和照相底片等构成．
(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 v2
动，根据牛顿第二定律得关系式：qvB＝_m__r__． 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．
r＝B1
2mqU，m＝q2r2UB2，mq ＝_B2_2U_r_2 _．
判断正误
(1)质谱仪是用来测量带电粒子的质量和分析同位素 的重要工具．(√)
子偏转，电场使离子加速，故选 A、D.
答案：AD
拓展一 带电粒子在磁场中的运动规律
洛伦兹力与现代科技密切相关，速度选择 器、质谱仪、回旋加速器、电磁流量计 (如图)、磁流体发电机都应用到了洛伦兹力． 你知道洛伦兹力演示仪的工作原理吗？ 提示：带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动．
1.圆心的确定． 如何确定圆心是解决问题的前提，也是解题的关 键．首先，应有一个最基本的思路：即圆心一定在与速度 方向垂直的直线上．圆心位置的确定通常有两种方法：
器的 P1 极板带正电，选项 A、B 错误；由 qE＝qvB1 可得
能通过狭缝 S0 的带电粒子的速率 v＝BE1，选项 C 正确；
mv 由 r＝qB可知，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 S0，r 越小，粒子的比荷mq 越大，选项 D 错误． 答案：C
知识点三 回旋加速器
提炼知识 (1)构造：如图所示，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．
第三章 磁场
第六节 洛伦兹力与现代 技术
学习目标
1.理解带电粒子的初速度 方向与磁场方向垂直时， 粒子在匀强磁场中做匀速 圆周运动，会推导公式. 2.知道质谱仪的工作原理. 3.知道回旋加速器的工作 原理．
重点难点 带电粒子在匀强
重点 磁场中的运动.
难点
质谱仪和回旋加 速器的理解.
知识点一 带电粒子在磁场中的运动
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___．
判断正误
(1) 回 旋 加 速 器 工 作 时 ， 电 场 必 须 是 周 期 性 变 化 的．(√)
(2)回旋加速器中，磁场的作用是改变粒子的速度的 方向，便于多次加速．(√)
(2)质谱仪不能用来分析同位素．(×) (3)质谱仪可以测量带电粒子的比荷．(√)
小试身手 2．速度相同的一Hale Waihona Puke Baidu粒子由左端射入质谱仪后的运动 轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是( )
A．该束带电粒子带负电 B．速度选择器的 P1 极板带负电 C．能通过狭缝 S0 的带电粒子的速率等于BE1 D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 S0，粒子的比 荷越小 解析：由左手定则，该束带电粒子带正电，速度选择
错；带电粒子在磁场中由洛伦兹力提供向心力，有 qvB
v2
qBr
＝m r 得 v＝ m ，荷质比相同，a 的半径比 b 的大，所以
a 在磁场中的运动速率比 b 的大，C 对；
2πr 2πm
θ
由
T＝
v
＝
qB
，得运动时间
t＝ T，可知，b 2π
在
磁场中运动的时间比 a 的长，D 错．
答案：C
知识点二 质谱仪
提炼知识
1．运动特点：沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带 电粒子．在匀强磁场中做_匀__速___圆__周__运__动__．
2．向心力：由_洛___伦__兹__力___提供． 即 qvB＝mvr2.
mv 3．半径 r＝___q_B____．
2πm 4．周期 T＝__q_B_____．
判断正误
(1)带电粒子进入磁场后，一定做匀速圆周运动．(×) (2)洛伦兹力的作用既改变了速度方向，也改变了速 度的大小．(×) (3)相同的粒子以不同的速度垂直进入同一磁场，粒 子做圆周运动的周期相同．(√)
2.半径的确定和计算． 利用平面几何关系，求出该圆的可能半径(或圆心 角)，并注意以下两个重要的几何特点： (1)粒子速度的偏向角(Φ)等于回旋角(α)，并等于 AB 弦与切线的夹角(弦切角θ)的 2 倍(如下图), 即Φ＝α＝2 θ＝ωt.
(3)粒子在回旋加速器中加速的次数的多少是由磁场 决定的．(×)
小试身手
3．(多选)1930 年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加 速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质 D 形盒 D1、D2 构成，其间留有空隙．下列说法正确的是( )
A．离子由加速器的中心附近进入加速器 B．离子由加速器的边缘进入加速器 C．离子从磁场中获得能量 D．离子从电场中获得能量 解析：离子应从加速器的中心进入加速器，磁场使离