1.3 洛伦兹力的应用（课件PPT）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版2019）

第3节　洛伦兹力的应用 核心素养导学 物理观念 (1)能用洛伦兹力解释生活现象，说明磁偏转技术的应用。 (2)了解质谱仪和回旋加速器的工作原理。 科学思维 (1)经历质谱仪工作原理的推理过程，体会逻辑推理的思维方法。 (2)了解回旋加速器的技术难题，体会科学与技术的相互影响。 科学探究 探究显像管、质谱仪和回旋加速器的工作原理。 科学态度与责任 能认识回旋加速器和质谱仪等对人类探索未知领域的重要性，知道实验器材对科学发展的重要性。 一、显像管 1．电偏转和磁偏转 (1)利用______改变带电粒子的运动方向称为电偏转。 (2)利用______改变带电粒子的运动方向称为磁偏转。 2．显像管的工作原理 电场 磁场 (1)电子枪发出电子，经电场加速形成电子束。 (2)电子束在磁场中______。 (3)荧光屏被电子束撞击发光。 二、质谱仪 1．原理图：如图所示。 偏转 洛伦兹力 qvB 交流 相等 不变 1．当带电粒子垂直射入匀强电场和匀强磁场时，分析带电粒子在电场和磁场中的运动有何不同？ 提示：(1)带电粒子在匀强电场中，当v0⊥E时，粒子做匀变速曲线运动，用运动的合成与分解知识处理。 (2)带电粒子在匀强磁场中，当v0⊥B时，粒子做匀速圆周运动，利用洛伦兹力提供向心力和圆周运动知识处理。 2．如图所示是质谱仪示意图，它可以测定单个离子的质量，图中离子源S产生带电荷量为q的离子，经电压为U的电场加速后垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，沿半圆轨道运动到记录它的照相底片P上。判断下列说法的正误： (1)只要带电粒子的电荷量相同，经加速电场加速后的末速度都相同。 ( ) (2)只要带电粒子的质量不同，打在照相底片上的位置就不同。 ( ) (3)利用质谱仪可以测定带电粒子的比荷。 ( ) × × √ 3．一个用于加速质子的回旋加速器，其核心部分如图所示，D形盒半径为R，垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B，两盒分别与交流电源相连。判断下列说法的正误： (1)在回旋加速器中，质子运动一周被加速两次。 ( ) (2)回旋加速器是利用磁场控制轨道，用电场进行加速的。 ( ) (3)加速电压增大时，质子获得的最大速度也增大。 ( ) √ √ × 提示：屏幕上只有一条竖直亮线，说明电子在水平方向没有受洛伦兹力作用。根据左手定则可知，显像管竖直方向的磁场发生故障。　　　　 [典例体验] [典例]　如图所示是电视机显像管及其偏转线圈的示意图。一电子束(初速度不计)经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直于圆面，磁场区域的中心为O，半径为r。当不加磁场时，电子束将通过O点打到屏幕的中心M点。为了让电子束射到屏幕边缘P点需要加磁场，使电子束偏转一已知角度θ；已知电子的质量为m，电荷量为e，不计电子的重力。求： (1)电子进入磁场时的速度； (2)圆形磁场区域的磁感应强度B的大小及方向。 [拓展1]　在[典例]情境中，如果发现电视画面的幅度比正常的偏小，可能的原因是 (　　) A．电子枪发射能力减弱，电子数减少 B．加速电场的电压过低，电子速率偏小 C．偏转线圈局部短路，线圈匝数减少 D．偏转线圈电流过大，偏转磁场增强 [答案]　C [拓展2]　在[典例]情境中，设垂直纸面向里的磁场方向为 正方向，如果要使电子束打在荧光屏上的位置由a点逐渐移动到 b点，下列哪种变化的磁场能够使电子发生上述偏转 (　 ) [解析]　根据左手定则可知，电子开始向上偏，磁场方向垂直纸面向外，方向为负，且逐渐减小，后来电子向下偏，磁场方向垂直纸面向里，方向为正，且逐渐增大，故A正确，B、C、D错误。 [答案]　A [典例体验] [典例]　(2022·莆田高二检测)质谱仪原理如图所示，a为粒 子加速器，电压为U1；b为速度选择器，磁场与电场正交，磁感 应强度为B1，板间距离为d；c为偏转分离器，磁感应强度为B2。 今有一质量为m、电荷量为e的带正电粒子(不计重力)，经加速后， 该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入偏转分离器后做匀速圆周运动。求： (1)粒子的速度v为多少？ (2)速度选择器的电压U2为多少？ (3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？ [针对训练] 1．(多选)质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具， 它的构造原理如图，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看 作0)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的 照相底片P上，设离子在P上的位置到进入磁场处的距离为x，可以判断 (　 ) A．若离子束是同位素，则x越大，离子的质量越大 B．若离子束是同位素，则x越大，离子的质量越小 C．只要x相同，则离子的比荷一定