第1章 第4节 洛伦兹力的应用 （课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

第4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，知道科学发展对实验器材的依赖性。 2．利用磁场控制粒子运动方向的特点：只改变带电粒子的运动方向，不改变带电粒子的速度大小。 二、质谱仪 1．比荷：带电粒子的电荷量与质量之____。 2．质谱仪：测定带电粒子_______的仪器。 比 比荷 三、回旋加速器 1．构造：如图所示，D1、D2是两个中空的半圆金属盒，D形盒的缝隙处接_______电源。D形盒处于匀强磁场中。 交流 2．原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期_______，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。 3．周期：粒子每经过一次加速，其轨道半径就大一些，但粒子做圆周运动的周期_______。 相等 不变 1.如图所示，圆形区域内有垂直纸面的匀强磁场，三个质量和电荷量都相同的带电粒子a、b、c，以不同的速率对准圆心O沿着AO方向射入磁场，其运动轨迹如图所示。 (1)a、b、c三个粒子中，哪个粒子的速率最大？ (2)a、b、c三个粒子中，哪个粒子的运动时间最长？ 提示：(1)c　(2)a 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．质谱仪中的速度选择器能选择粒子电性吗？ 4. 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。 ( ) √ √ × [典例体验] [典例]　(2022·青岛高二检测)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]　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 [针对训练] 1.(2022·温州适应性测试)电视机显像管应用了电子束磁偏转的原理。如图所示，电子束经电子枪加速后进入偏转磁场，然后打在荧光屏上产生亮点。没有磁场时，亮点在O点；加上磁场后，亮点的位置偏离O点。以下说法正确的是 (　 ) A．仅增大加速电压，亮点将远离O点 B．仅减小磁感应强度，亮点将远离O点 C．增大加速电压同时增大磁感应强度，亮点可能远离O点 D．增大加速电压同时减小磁感应强度，亮点可能远离O点 [典例体验] [典例]　(2022·杭州高二检测)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