1.3 洛伦兹力的应用 课件-2023-2024学年高中物理鲁科版选择性必修第二册

１.３洛伦兹力的应用 显像管 显像管是上一代电视机的核心部件。 构造：电视机显像管由电子枪、偏转线圈和荧光屏三部分组成，如图所示。 一、原理： 阴极发射电子，经过偏转线圈（偏转线圈产生的磁场和电子运动的方向垂直），电子受洛伦兹力发生偏转，偏转后的电子打在荧光屏上，使荧光屏发光。 （１）若要使电子束在水平方向上偏离中心，打在荧光屏上的A点，由左手定则可知偏转磁场应垂直于纸面向外。 （２）如果要使电子束打在B点，磁场应垂直于纸面向里。 二、扫描 电视机显像管的偏转区有两对线圈，叫作偏转线圈，偏转线圈中通入大小、方向按一定规律变化的电流，分别在竖直方向和水平方向产生偏转磁场，其方向、强弱都在不断地变化，因此电子束打在荧光屏上的光点就如图示那样不断移动，这种电视技术叫作扫描。 例题1、在电视机的显像管中，电子束的扫描是用磁偏转技术实现的，其扫描原理如图所示。圆形区域内的偏转磁场的方向垂直于圆面，而不加磁场时，电子束将通过O点并打在屏幕的中心M点。为了使屏幕上出现一条以M为中心的亮线PQ，偏转磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律应是（　　） 显像管 A C D B D 质谱仪 一、基本构造 质谱仪是科学研究中用来分析同位素和测量带电粒子质量的精密仪器。质谱仪的基本构造如图所示，１带电粒子注入器，２加速电场，３速度选择器，４偏转磁场，５照相底片。 二、工作原理 如图所示，设飘入加速电场的带电粒子所带的电荷量为＋q，质量为m，加速电场两板间电压为U,粒子出加速电场后穿过速度选择器垂直进入磁感应强度为B2 的偏转磁场。 （1）在加速电场中，由动能定理得： 粒子出加速电场时，速度为： （2）在偏转磁场中，由牛顿第二定律得： 偏转距离 解得 质谱仪 例题2、（多选）1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素的研究荣获了诺贝尔化学奖。若一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是（　　） AB 质谱仪 例题2、（多选）1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素的研究荣获了诺贝尔化学奖。若一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是（　　） A．根据粒子在匀强磁场中做圆周运动的轨迹，结合左手定则可以判断粒子带正电，故A正确； B．在速度选择器中，粒子做匀速直线运动，合力为0，粒子带正电，则洛伦兹力向上，电场力必向下，即上板P1带正电，故B正确； C．带电粒子在复合场中做直线运动，电场力与洛伦兹力平衡qvB1＝Eq，则 ；故C错误。 AB 回旋加速器 一、结构 回旋加速器的结构如图所示，D1和D2是两个中空的半圆金属盒（D形盒），它们之间有一定的电势差U，磁场垂直穿过盒面。 二、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，如图所示。 （1）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直于磁场方向进入匀强磁场时，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其中周期与速度和半径无关，使带电粒子每次进入D形盒中都能运动相等时间（半个周期）后，平行于电场进入电场中加速。 回旋加速器 （2）交流电压的作用:为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使其能量不断提高，要在狭缝处加一个周期与 相同的交流电压。根据 知，粒子运动的半径将增大，由周期公式可知，其运动周期与速度无关，即它运动半个周期后又到达狭缝，再次被加速，如此继续下去，带电粒子不断地被加速，在D形盒中做半径逐渐增大但周期不变的圆周运动。 回旋加速器 （3）带电粒子的最终能量 由 得，当带电粒子得运动半径最大时，其速度也最大，若D形盒半径为R，则带电粒子得最终动能为： 可见，要提高带电粒子得最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R. 回旋加速器 回旋加速器的五个基本问题 一、同步问题 二、粒子的最大动能 三、回旋加速的次数 四、粒子运动的时间 五、回旋轨迹半径 交流电频率 粒子加速一次动能增加qU,故需要加速的次数 时间为在磁场中的时间和电场中的时间之和 在q,m和B一定时，R越大动能越大 回旋加速器 例题3、(多选）回旋加速器的原理示意图如图所示，两个中空、半径为R的D型金属盒置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中，在两盒的狭缝处接电压大小为U，方向做周期性变化的交流电，其周期为T。一初速度为0的带电粒子在两盒之间被电场加速，经多次回旋，达到最大动能Ek。不计粒子在电场中的运动时间，不考虑相对论效应。下列说法正确的是（　　） CD 回旋加速器 回旋加速器 速度选择器 如图所示，运动方向相同而速率不同的带正电粒子组成的粒子束射入相互正交的匀强电场和匀强磁场所组成的场区中，粒子所受重力可忽略不计。 已知电