4. 洛伦兹力的应用（教学课件）物理教科版选择性必修第二册

第四节 洛伦兹力的应用 教科版（2019）高中物理选择性必修第二册 @HY 第一章 磁场对电流的作用 洛伦兹力在现代科学技术中有着广泛的应用 回旋加速器 质谱仪 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 阿斯顿 结构：质谱仪主要由 ＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、 和＿＿＿＿三部分构成； 加 速 电场 加速电场 速度选择器 偏转磁场 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 满足功能一：加速电场 满足功能二：速度选择器 满足功能三：偏转 应用：质谱仪是测量带电粒子＿＿和分析＿＿＿的重要工具。 质量 同位素 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 回旋加速器： 结构：回旋加速器主要由圆柱形磁极、两个＿＿＿＿＿、＿＿＿＿电源、粒子源和粒子引出装置等构成； 劳伦斯 (a)世界上第一台回旋加速器 (b)原理图 半圆金属盒 高频交变 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 回旋加速器工作原理 1、作用：产生高速运动的粒子 2、原理 用磁场控制轨道、用电场进行加速 + - + - ~ vm U B R 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 谈论交流 两个 D 形盒之间的电场承担了对粒子加速的重任。它的场强要怎样变化，才能使加速效果最好？ 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 运动周期：＿＿＿。 【说明】 运动周期T与运动速度v＿＿。 交变电压的周期（频率） 等于粒子在磁场中运动的周期T（频率） 不能 无关 回旋加速器工作原理 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 解： 当粒子从D形盒出口飞出时， 粒子的运动半径=D形盒的半径R m qBR v m = 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 问题4：带电粒子的最终能量 　　当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，带电粒子的最终动能： 　 所以，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R． 最终能量与加速电压无关 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 【回旋加速器理论总结】 1.电场加速： 3.加速条件：高频电源的周期与带电粒子在盒中运动的周期相同， 即 2.磁场约束偏转： 4.粒子的最大动能：设半圆形盒半径为R,则粒子做匀速圆周运动的最大半径为R， 由 得， 则， 与加速电压U无关。 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 + 圆周运动分析专题 x x x x x x x x x x x x x x 重要的参量 圆心O 半径R . O 有哪些方法确定轨迹圆心？ 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 找圆心画轨迹： O O O 一、已知两方向 二、已知一方向，一点 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 找圆心画轨迹： 求半径： 几何法求半径 算时间： qB T t = q m p q = 2 公式求半径 v O O l t = v 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 例1：质量为m，电荷量为q的正粒子，从A点以速度v垂直射入匀强磁场中。已知射出点P距射入点A的距离为L.求: （1）磁场的磁感应强度 （2）从A到P，粒子运动的时间 当带电粒子从同一边界入射出射时速度与边界夹角相同 P A R 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 例2：如图所示，一束电子(电量为e，质量为m) 垂直射入磁感应强度为B，宽度为d的匀强磁场中，求： 1）若穿过磁场时速度偏转角 为30º，电子入射速度大小 2）电子能穿过磁场时， 速度该满足什么条件? d B e 30 v O 30 R v 质谱仪 回旋加速器 利用磁场控制带电粒子运动 新课引入 1.有电子、质子、氘核、氚核，以相同速度垂直射入同一匀强磁场中，它们都作匀速圆周运动，则轨道半径最大的粒子是( ) A．氘核 B．氚核 C．电子 D．质子 2.质子和a粒子由静止出发，经过同一加速电场加速后，沿垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，则它们在磁场中的各运动量间的关系正确的是( ) A．速度之比为2:1 B．周期之比为1:2 C．半径之比为1:2 D．角速度之比为1:1 B B 课堂练习 3. (多选) 如图所示，竖直向下的匀强磁场穿过光滑的绝缘水平面，平面上一个钉子O固定一根细线，细线的另一端系一带电小球，小球在光滑水平面内绕O做匀速圆周运动.在某时刻细线断开，小球仍然在匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法一定错误的是( ) A.速率变小，半径变小，周期不变 B.速率不变，半径不变，周期不变 C.速率不变，半径变大，周期变大 D.速率不变，半径变小，周期变小 AD 课堂练习 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。下列说法中，正确的是( ) A. 质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大 B. 质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大 C. 只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值 D. 不需要改变任何量，这个装置也能用于加速α粒子 A 课堂练习 5.(多选)如图所示为质谱仪的原理图，一束粒子以速度v沿直线穿过相互垂直的匀强电场(电场强度为E)和匀强磁场(磁感应强度为B1)的重叠区域，然后通过狭缝S0垂直进入另一匀强磁场(磁感应强度为B2)，最后打在照相底片上的三个不同位置，粒子的重力可忽略不计，则下列说法中，不正确的是( ) A. 该束粒子带负电 B. P1板带负电 C. 粒子的速度v满足关系式v=E/B2 D. 在磁感应强度为B2的磁场中，运动半径越大的粒子，比荷q/m越小 ABC 课堂练习 6.(多选)一带电粒子在强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，如它又顺利进入另一磁感强度为2B的匀强磁场中仍做匀速圆周运动，则( ) A. 粒子的速率加倍，周期减半 B. 粒子的速率不变，轨道半径减半 C. 粒子的速率减半，轨道半径变为原来的 1/4 D. 粒子速率不变，周期减半 7.一质子及一α粒子，同时垂直射入同一匀强磁场中： (1)若两者由静止经同一电势差加速的，则旋转半径之比为 ＿＿＿； 　　 (2)若两者以相同的动能进入磁场中，则旋转半径之比为＿＿＿； (3)若两者以相同速度进入磁场，则旋转半径之比为＿＿＿。 B D 1︰1 1︰2 课堂练习 Lavf58.20.100 问题2：在回旋加速器中，如果两个D型盒不是分别接在高频交流电源的两极上，而是接在直流的两极上，那么带电粒子能否被加速？ 问题1：粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动周期T是否变化? 问题3：已知D形盒的半径为R，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为U，求：从出口射出时，粒子的速度vm=? $$