1.4 洛伦兹力与现代技术 课件 -2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦洛伦兹力与现代技术，核心知识点包括质谱仪和回旋加速器的工作原理。课堂从同位素区分问题导入，通过“设计质谱仪”的问题链，引导学生逐步探究粒子加速、比荷推导、速度选择器等内容，形成从基础原理到实际应用的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，通过“小小科学家”设计活动和问题链驱动（如“如何排除其他速度粒子干扰”），培养学生科学思维中的模型建构与科学推理能力。结合阿斯顿、劳伦斯等科学家案例，渗透科学态度与责任。资料包含推导过程、例题及小结，助力学生深化理解，也为教师提供结构化教学资源，提升教学效率。

洛伦兹力与现代技术 新课导入 阿斯顿 质谱仪 同位素应该如何进行区分呢？ 同位素是质子数相同、中子数不同、属于同一元素的原子，由于同位素的化学性质相同，不能利用化学方法加以区别，那我们要怎么对同位素之间进行区别呢？ 质谱仪的工作原理 质谱仪是怎么区分同位素的呢？ 同位素是质子数相同、利用高能电子流轰击它们时，能够带相同的电荷量，但质量数不同，因此比荷不同，因而在磁场中做圆周运动的半径不同。 设计质谱仪 请结合物理学相关原理，尝试从理论上提出一种质谱仪的设计方案。 英国物理学家阿斯顿当年为了证明同位素的假说，设计了多种质谱仪测量同位素的比荷。今天，同学们就来做一个小小科学家，结合物理学相关原理，尝试从理论上提出一种质谱仪的设计方案。 想一想 如何使带电粒子（同位素）获得一定的速度呢？ 问题1 问题2 利用电场加速 设一个质量为m、电量为+q的粒子，从小孔S1进入电势差为U的加速电场（如下图），粒子初速度为零，不计重力，粒子从小孔S2穿出时获得的速度为多大呢？ 想一想 问题3 设在电场中获得速度的粒子，立马进入磁感应强度为B2的匀强磁场区域（区域足够大），经过偏转后粒子最终打在照相底片A1A2上，并留下了印迹，不计重力，此时粒子的比荷为多少？ + - U + A1 A2 6．(2024年南京联考)如图所示，质谱仪是分析研究同位素的重要工具．一离子经过电场加速，从O处以速度v0垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场，最后打在M点．已知OM＝L，求该离子： (1)从O运动到M的时间； (2)比荷大小． 完善质谱仪 问题4 如何才能在照相底片上只留下特定速度的粒子，排除其他速度粒子的干扰呢？ 可以在加速电场和偏转磁场之间，添加一个既有电场又有磁场的速度选择器 完善质谱仪 问题5 设P1、P2之间的匀强磁场B1和匀强电场E相互垂直，能够顺利通过狭缝S0的粒子所具有的速度是多大呢？（不计重力） 最终方案 问题6 设从速度选择器中出来的粒子马上进入磁感强度为B2的匀强磁场区域，在该区域内做匀速圆周运动，打在照相底片上，并留下印迹，如图所示，求带电粒子的比荷。 3．(2025年佛山期中)如图所示，当带电粒子从左侧以速率v0水平向右射入速度选择器时，该粒子能水平匀速通过速度选择器，不计粒子重力，则下列说法正确的是 (　　) A．速度选择器能用来识别带电粒子的电性 B．当入射速度v<v0时，带电粒子可能向上偏转 C．当入射速度v>v0时，带电粒子一定向上偏转 D．带电粒子以v0从右侧水平射入，能匀速通过 速度选择器 【答案】B 【解析】由图可知，若粒子带正电，受到竖直向上的洛伦兹力和竖直向下的电场力；若粒子带负电，受到竖直向下的洛伦兹力和竖直向上的电场力．因此无论带何种电性，离子速度只要为v0都可通过速度选择器，故速度选择器无法用来识别带电粒子的电性，A错误；当带电粒子从左侧以速率v0水平向右射入速度选择器时，该粒子能水平匀速通过速度选择器，因此qv0B＝Eq，当入射速度v<v0时qvB<Eq； 4．(2025年广州检测)(多选)某一质谱仪原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压为U1；B为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，电场强度为E；C为偏转分离器，磁感应强度为B2.有一质量为m、电荷量为e的带电粒子(不计重力)，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动．下列说法正确的是 (　　) 【答案】AD 小结 小结 1、质谱仪 精密测量带电粒子质量和分析同位素（测荷质比）的仪器 加速电场： 偏转磁场： 比荷： 小结 回旋加速器 PART 02 问题引出 要认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”。然而，原子核被强大的核力约束，只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开”。如何产生极高能量的粒子？ 粒子加速 粒子加速器 还记得必修三中学过的直线加速器吗，他的工作原理是怎样的，它有什么弊端？ 回旋加速器 1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在较小的空间范围内进行多级加速。观察结构，并尝试说明其工作原理？ 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，这些过程在回旋加速器的核心部件——两个D形盒和其间的窄缝内完成。 回旋加速器 回旋加速器要如何设置才能保证电荷被加速？ 回旋加速器 粒子加速后的最大速度或最大能量是多少，它们由什么因素决定？跟电压大小有关系吗？ 粒子最大动能： （离开半径与D形盒半径相同） 对某种粒子q、m一定，粒子获得的最大动能由磁感应强度B和回旋加速器的半径R决定，与加速度电压的大小无关。 回旋加速器 带电粒子加速后速度增大,周期需要改变吗?如果改变，这将带来什么技术难关，你觉得如何改进？ 粒子速度 v 接近光速 c 时，质量变大，在磁场中运动周期改变，与交变电场周期不同步。 改进： 一. 质谱仪 二. 回旋加速器 课堂小结 1. (2024年徐州期末)如图所示，回旋加速器两个D形金属盒分别和一高频交流电源两极相接．D形盒的半径为R，电源电压大小为U，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置 回旋加速器结构与原理 于盒的圆心附近A处．若粒子源产生的粒子(初速度大小不计)电荷量为q，质量为m，下列说法中正确的是 (　　) 【答案】B 2．(2025年佛山检测)回旋加速器在粒子物理研究中发挥着巨大作用．如图为回旋加速器结构示意图，两个中空的D形金属盒并排置于垂直盒面的匀强磁场中，两盒间有一狭缝，两盒连接电压为U的高频交流电源，A处为粒子源．某时刻，A处放出一初速可视为零的质子，质子 每次经过狭缝都能被加速，若忽略质子穿过狭缝的时间，不考虑相对论效应及空气、重力作用，则下列说法正确的是 (　　) A．质子做圆周运动的频率等于两盒间交流电的频率 B．质子经加速器加速后获得的能量来自磁场 C．若只增大电压U，则质子离开加速器时的最大速度增大 D．该加速器不做任何调节可以直接用来加速α粒子 【答案】A 谢谢大家！ Lavf58.29.100 $