1.4 洛伦兹力与现代技术（备课件）-【上好课】2021-2022学年高二物理同步备课系列（粤教版2019选择性必修第二册）

第一章 磁场 第四节 洛伦兹力与现代技术 粤教版（2019）高中物理选择性必修第二册 洛伦兹力在现代科学技术中有着广泛的应用 回旋加速器 质谱仪 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 一、回旋加速器 科研人员利用高速粒子对原子核进行“轰击”， 以观测其可能产生的新粒子。加速器就是这样 一种使带电粒子获得高能量的装置。在必修第 三册中我们已经学过，利用电场可以使带电粒 子加速。早期的加速器是用不断提高电源的电 压来使带电粒子加速。然而实际所能达到的电 压是有限制的。为了进一步提高粒子的能量， 科学家制成了直线加速器，让带电粒子在多级 电场的作用下进行多次加速，这就导致整个加 速器延伸得相当长。 洛伦兹力恰好能够让带电 粒子在磁场中做圆周运动， 从而达到“绕回来”的目 的。根据这一思路设计出 的粒子加速装置，称为回 旋加速器。 如图所示是洛伦兹力演示仪的实物图和原理图。洛伦兹力演 示仪中电子枪射出的电子束，能使玻璃泡中稀薄的气体发出 辉光，显示出电子的径迹。 【实验·探究】 调节电子枪的加速电压，可改变电子速度的大小。匀强磁场由两个平 行的励磁线圈产生，磁场的磁感应强度可通过改变线圈中电流的大小 进行调节。 思考1：未加磁场时，观察洛伦兹力演示仪中电子束的径迹 形状。 思考2：给励磁线圈通电，在玻璃泡内会产生沿两线圈轴线 中心连线、方向由纸内指向纸外的磁场，观察此时垂直磁场 射入的电子束径迹形状。 【实验·总结】 上述实验表明，当未加磁场时，洛伦兹力演示仪中电子束的径迹显示为一条直线，如图(a)所示。当洛伦兹力演示仪的励磁线圈通电后，在玻璃泡内会产生沿两线圈轴线中心连线、方向由纸内指向纸外的磁场，可以看到垂直磁场射入的电子束径迹不再是一条直线，而是形成了圆弧形的径迹，如图(b)所示。 【理论·总结】 1.电场加速：。 3.加速条件：高频电源的周期与带电粒子在盒中运动的周期相同，即 带回旋加速器工作原理 2.磁场约束偏转：, 。 4.粒子的最大动能：设半圆形盒半径为R,则粒子做匀速圆周运动的最大半径为R，由得，则，与加速电压U无关。 二、质谱仪 洛仑兹力在化学研究领域中也有广泛的应用，例如同位素是质子数相同、中子数不同、属于同一元素的原子，由于同位素的化学性质相同，不能利用化学方法加以区别，但是，由于它们的质量数不同，因而在磁场中做圆周运动的半径不同，根据