第1章 第3节 洛伦兹力的应用-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版）

第3节　洛伦兹力的应用 【核心素养目标】 物理观念 能用洛伦兹力解释生活现象，说明磁偏转技术的应用。 科学思维 能对已有结论提出质疑，能解决相关物理问题。 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 能认识到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。 一、显像管 1．主要构造：电子枪、加速电场、偏转线圈和荧光屏。 2．原理图(如图所示) 3．工作原理：由电子枪发出的电子，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。 二、质谱仪 1．功能：分析各化学元素的同位素并测定其质量、含量的仪器。 2．原理图(如图所示) 3．工作原理：带电粒子在电场中加速：qU＝mv2，带电粒子在磁场中偏转：＝r，带电粒子的比荷：＝·。由此可知，带电粒子的比荷与偏转距离x的平方成反比，凡是比荷不相等的都被分开，并按比荷的大小顺序排列，故称之为“质谱”。 4．其他应用：可以准确地测定每种粒子的质量和分析某种元素的同位素。 三、回旋加速器 1．主要构造：两个半圆形的中空铜盒D1、D2 学生用书第17页 2.原理图(如图所示) 3．工作原理 (1)磁场作用：带电粒子垂直磁场方向射入磁场时，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期与轨道半径和运动速率无关。 (2)交变电压的作用：在两D形盒狭缝间产生周期性变化的交变电场，使带电粒子每经过一次狭缝加速一次。 (3)交变电压的周期(或频率)：与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期(或频率)相同。 1．判断正误 (1)显像管中偏转线圈匝数越多，荧光屏上显示的画面面积越大。(　×　) (2)射入质谱仪的带电粒子的质量越大，在偏转磁场中做匀速圆周运动的轨道半径一定越大。(　×　) (3)回旋加速器中，两D形盒狭缝间所加交变电压越高，被加速粒子获得的最大动能越大。(　×　) (4)利用回旋加速器加速带电粒子，要提高加速粒子的最终速度，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R。(　√　) (5)回旋加速器中带电粒子的动能来自于磁场。(　×　) 2．链接实景 劳伦斯设计并研制出了世界上第一台回旋加速器，为进行人工可控核反应提供了强有力的工具，大大促进了原子核、基本粒子的实验研究。 (1)在回旋加速器中运动的带电粒子的动能来自于电场，还是磁场？ (2)带电粒子从回旋加速器中出来时的最大动能与哪些因素有关？ 提示：　(1)带电粒子的动能来自于电场。 (2)由动能Ek＝可知带电粒子的最大动能与带电粒子的质量、电荷量，回旋加速器的半径和磁场磁感应强度有关。 知识点一　认识显像管 如图为电视机显像管的工作原理图。电子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。 结合原理分析 (1)电子在加速电场和偏转磁场中的运动情况； (2)增大偏转磁场，亮点偏离O点的距离如何变化。 提示：　(1)电子在加速电场中做加速直线运动；在偏转磁场中做匀速圆周运动。 (2)增大偏转磁场，由r＝知r减小，亮点离O点越远。 学生用书第18页 1．带电粒子在加速电场中的加速 qU＝mv2⇒v＝ 。 2．带电粒子在磁场中的偏转 (1)运动性质：匀速圆周运动。 (2)运动规律：r＝；T＝。 (3)求解方法：偏转量y和偏转角θ要结合圆的几何关系，通过对圆周运动的讨论求解。 特别提醒 显像管中的偏转线圈有两组，一组使电子束上、下偏转，一组使电子束左、右偏转。荧光屏正中心出现一个亮点，说明电子束未发生偏转，一定是偏转线圈出现了故障。　　 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。 解析：　(1)设电子射出电场时的速度为v，根据动能定理有：eU＝mv2① 解得：v＝。 (2)电子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，由于电子向上偏转，由左手定则判断磁感应强度的方向为垂直于纸面向外。如图所示，电子在磁场中沿圆弧ab运动，圆心为c，半径为R，v表示电子进入磁场时的速度。 则由牛顿第二定律得：Bev＝m② tan ＝③ 解以上各式可得：B＝ tan 。 答案：　(1) 　(2) tan 　垂直于纸面向外 针对练1.在【例1】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