1.3 洛伦兹力的应用（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材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 物理观念 科学思维 科学态度与责任 能认识安培力和洛伦兹力的内涵，会计算安培力和洛伦兹力的大小，并会判断其方向，能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动；能运用洛伦兹力解释一些自然现象，说明磁偏转技术的应用。具有与安培力和洛伦兹力等相关的比较清晰的运动与相互作用观念。 1.了解显像管、质谱仪、回旋加速器的基本构造、工作原理及基本用途。 2．会利用圆周运动知识和功能关系分析质谱仪和回旋加速器的工作进程。 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，知道科学发展对实验器材的依赖性；在合作中实事求是，能坚持观点又能修正错误；认识到磁技术应用对人类生活的影响，能了解科学·技术·社会·环境的关系。 [对应学生用书P18] 知识点一 显像管❶ 1.电偏转：利用电场改变带电粒子的运动方向。 2．磁偏转：利用磁场改变带电粒子的运动方向。 3．显像管原理：电子枪发出的电子，经电场加速形成电子束，在水平偏转线圈和竖直偏转线圈产生的不断变化的磁场作用下，运动方向发生偏转，从而实现扫描，在荧光屏上显示图像。 1．显像管运用的是电子束的电偏转原理。(　×　) 2．显像管中的电子束受水平、竖直两个方向的磁场作用。(　√　) 知识点二 质谱仪 1.原理图：如图所示。 2．加速：带电离子进入加速电场，由动能定理得：qU＝mv2。 3．偏转：带电离子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有qvB＝。❷ 4．质谱仪的应用：可以分析比荷和测定离子的质量。 1．质谱仪中的加速电场使粒子获得速度。(　√　) 2．同位素在质谱仪中的轨道半径相同。(　×　) 知识点三 回旋加速器 1.构造图：如图所示。 2．工作原理 (1)电场的特点及作用 特点：两个D形盒之间的窄缝区域存在交变电压。 作用：使带电粒子每经过该区域一次加速一次。 (2)磁场的特点及作用 特点：D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中。 作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，从而改变运动方向，半个周期后再次进入电场。 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速度的方向，便于多次加速。(　√　) 3．增大两D形盒间的电压，可以增大带电粒子所获得的最大动能。(　×　) 批注❶：显像管构造：如图所示，电视显像管由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。 批注❷：由于带电粒子的偏转距离x＝2r，结合关系式qU＝mv2、qvB＝m可得，粒子的比荷＝。则x＝，说明凡是比荷不相等的离子都被分开，并按比荷的大小顺序排列。 [对应学生用书P20] 探究点一　对质谱仪工作原理的理解　(科学思维之提升) ►情境探究 如图甲所示，质谱仪是一种分析同位素，测定带电粒子比荷及测定带电粒子质量的重要工具，其工作原理如图乙所示。请问： 　 (1)图乙中S1、S2之间的电场起什么作用？ (2)同位素的特点是什么？经过加速电场获得的动能有什么特点？ (3)粒子打在底片上的位置到S3的距离有多大？ 提示：(1)使粒子加速，获得一定的速度。 (2)同位素的特点是电荷量相等，质量不相等。由于电荷量相等，同位素经过同一加速电场获得的动能相等。 (3)。 ►探究归纳 1．从S1与S2之间得以加速的粒子的电性是固定的，因此进入偏转磁场的粒子的电性也是固定的。 2．打在底片上同一位置的粒子，只能判断其是相同的，不能确定其质量或电荷量一定相同。 ►对点例练 质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看成为零)，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上的位置到入口处S1的距离为x。 (1)设离子质量为m、电荷量为q、加速电压为U、磁感应强度大小为B，求x的大小； (2)氢的三种同位素H、H、H从离子源S出发，到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比xH∶xD∶xT为多少？ 答案：(1) 　(2)1∶∶ 解析：(1)离子在电场中被加速时，由动能定理得 qU＝mv2 进入磁场时洛伦兹力提供向心力， qvB＝，又x＝2r， 由以上三式得x＝ 。 (2)氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由(1)结果知， xH∶xD∶xT＝∶∶＝1∶∶。 [练1] (多选)(2021·云南玉溪第二中学高二期中)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，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看为零)，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上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断(　　) A．若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大 B．若离子束是同位素，则x越大，离