2026即偶尔高考物理一轮复习课件：第3讲 洛伦兹力与现代科技

该高中物理课件聚焦洛伦兹力与现代科技高考核心模块，覆盖质谱仪（比荷计算）、回旋加速器（最大动能与交流电频率）、叠加场应用（速度选择器等）三大考点，通过问题驱动梳理公式推导与设备原理，结合2025年云南卷计算题及2024年多省模拟真题，精准对接高考评价体系，突出考点权重与题型归纳。 课件亮点在于“原理推导-真题解析-素养提升”三维设计，以质谱仪轨道半径公式推导、回旋加速器最大动能分析为例，培养科学思维中的模型建构与科学推理能力，通过例1（广西贵港二模）、例3（北京三模）等真题详解，帮助学生掌握受力分析与公式应用技巧，助力教师开展系统性复习，提升学生高考冲刺效率。

会泽县茚旺高级中学高三物理组 2026届高三物理一轮复习 第3讲 洛伦兹力与现代科技 1 课标解读 将抽象的物理规律与改变世界的现代技术紧密相连，旨在培养学生的物理观念、科学思维和社会责任。 直击高考 2025年云南卷（计算题） 复习目标 1.理解质谱仪的工作原理，会计算粒子的比荷。 2.理解回旋加速器的工作原理，会计算粒子的最大动能和交流电频率。 3.理解电场与磁场叠加场的科技应用实例的原理。 2 基础点1 质谱仪 3 问题与思考： 不同的粒子有不同的质量和带电量，那怎么将粒子束中的粒子分开呢？ 方案一：先用加速电场加速比荷不同的带电粒子，再用匀强电场使带电粒子偏转，从而把它们分开。原理图如图所示： U0 L y U d m , q （1）先加速 4 问题与思考： 不同的粒子有不同的质量和带电量，那怎么将粒子束中的粒子分开呢？ 方案一：先用加速电场加速比荷不同的带电粒子，再用匀强电场使带电粒子偏转，从而把它们分开。原理图如图所示： （2）再偏转（类平抛运动） 由粒子的轨迹方程可知，粒子的轨迹与粒子的性质无关，无法分开比荷不同的粒子。 5 质谱仪 思考讨论：如何分开电量相同而质量不同的带电粒子？ （1）先加速由： 得： U0 B m , q （2）再偏转(匀速圆周运动） 得： 由粒子的轨道半径表达式可知，比荷不同的带电粒子的半径不同，这种方法可以分开比荷不同的粒子。 6 质谱仪结构及作用 ： ①电离室：使中性气体电离，产生带电粒子 ②加速电场：使带电粒子获得速度 ③粒子速度选择器：以相同速度进入偏转磁场 ④偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离 ⑤照相底片：记录不同粒子偏转位置及半径 质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。 7 电荷量相同，质量不同的同位素，经同一电场U0加速后，经S3孔进入匀强磁场，由于其圆周运动的轨道半径不同，就会打在照相底片D的不同位置，出现一系列的谱线（叫作质谱线）。 例如：氕、氘、氚三种同位素（q相同，m不同） 情境分析： 8 例1 （2024·广西贵港二模）质谱仪在物理研究中起着非常重要的作 用。质谱仪的工作原理示意图如图所示。粒子源（在加速电场上方， 未画出）产生的带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速 度选择器内相互正交的匀强磁场的磁感应强度和匀强电场的电场强 度分别为和。平板上有可让粒子通过的狭缝 和记录粒子位置 的胶片。平板下方有磁感应强度为 的匀强磁场。不计带电 粒子的重力和粒子间的作用力，下列表述正确的是( )。 9 A.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里 B.能通过狭缝的带电粒子的速率等于 C.粒子打在胶片上的位置离狭缝 越远，粒 子的比荷 越大 D.某种元素同位素的原子核，打在胶片上的 位置离狭缝 越远，表明其质量数越大 √ 10 解析 根据带电粒子在磁场中的偏转方向和左手定则知，该粒子带 正电，则在速度选择器中电场力水平向右，则洛伦兹力水平向左， 根据左手定则知，磁场方向垂直纸面向外，A项错误。在速度选择 器中，电场力和洛伦兹力平衡，有，求得 ，能通过 狭缝的带电粒子的速率等于 ，B项错误。粒子进入磁场后，由洛 伦兹力提供向心力，则有，解得 ，粒子打 在胶片上的位置越靠近狭缝 ，粒子的轨迹半径越小，粒子的比荷 越大；粒子所带电荷量相同时，打在胶片上的位置越远离狭缝 ， 粒子的轨迹半径越大，表明其质量越大，C项错误，D项正确。 11 基础点2 回旋加速器 12 思考与讨论：在粒子物理学的研究中，经常需要极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击未知原子，以便“打开”其内部结构。那如何才能获得需要的高能粒子呢？ 让粒子在电场中进行加速，加速电压越高，粒子获得的动能就越高。 直线加速器 13 设电子进入第 n 个圆筒后的速度为 v，根据动能定理有： 缺点:多级直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制。 14 回旋加速器 回旋加速器的结构及作用 ①两个大磁极 ：在带电粒子运动范围内产生很强的匀强 磁场，使带电粒子做匀速圆周运动。 ②两个D形盒：D形盒内部有磁场没有电场。使带电粒 子的圆周运动不受电场影响。 ③D形盒间的窄缝：使带电粒子在这一区间被电场加速。 ④交变电场：交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。使带电粒子在D形盒间的窄缝被加速。 15 思考：带电粒子在回旋加速器中加速，最终能达到多大的速度呢？这个最大速度与加速电压的大小有关系吗？ v = 当轨迹半径r达到D形盒最大半径R时，此时粒子速度达到最大。 = 粒子加速的最大速度由盒的半径决定，与加速电压无关。 16 回旋加速器的几个常用结论 1.交变电流周期： 2.粒子时的速度： 3.离开时的动能： 4.一共加速次数： 5.磁场运动时间： 6.电场运动时间： 每换一种粒子都得调整交变电流周期 速度与D型盒半径以及磁感应强度有关，与U无关 动能与D型盒半径以及磁感应强度有关，与U无关 加速次数与D型盒半径、磁感应强度、电压U有关 磁场时间与D型盒半径、磁感应强度、电压U有关 电场时间与缝间距、D型盒半径、磁感应强度、电压U有关 17 例2 劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器的工作原理 示意图如图所示。置于高真空中的D形金属盒半径 为 ，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可 忽略。磁感应强度大小为 的匀强磁场与盒面垂直， 高频交流电频率为，加速电压为。若 处粒子源产生的质子质量 为、电荷量为 ，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对 论效应和重力的影响。则下列说法正确的是( )。 18 A.质子被加速后的最大速度不可能超过 B.质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压 成正比 C.质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为 D.不改变磁感应强度和交流电频率，该回旋加速器也能加速 粒子 √ 19 解析 质子离开回旋加速器的速度最大时轨迹半径为 ，则 ，所以最大速度不超过 ，A项正确；根据 ，知，则最大动能 ，与加 速电压无关，B项错误；质子在加速电场中做匀加速直线运动，在 磁场中做匀速圆周运动，根据 可知，质子第二次和第一次 经过D形盒狭缝的速度比为，根据可知，半径比为 ， 20 C项错误；不改变磁感应强度，根据可知， 粒子和质子 在回旋加速器中的运动周期不同，需要改变交流电的频率才能加速 粒子，D项错误。 基础点3 电场与磁场叠加的应用实例分析 22 平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。请思考它能选择出来多大的速度的粒子？ 若qE=Bqv 粒子将以速度v做匀速直线 即 若 向右偏 若 向左偏 粒子将以速度v做匀速直线 思考：若将粒子从右边射入，粒子还能在速度选择器中做匀速直线运动吗？ 速度选择器 速度选择器只能选择粒子的速度，不能选择粒子的电性、电荷量、质量。 例3 （2024·北京三模）如图，速度选择 器的两平行导体板之间有方向互相垂直 的匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直 纸面向里。一电荷量为 的带正电粒子 C A.电荷量为的粒子以速度从 点进入后将向下偏转 B.电荷量为的粒子以速度从 点进入后将做类平抛运动 C.电荷量为的粒子以大于的速度从 点进入后动能将逐渐减小 D.电荷量为的粒子以大于的速度从 点进入后动能将逐渐增大 以速度从 点进入速度选择器后，恰能沿图中虚线通过。不计粒子 重力，下列说法可能正确的是( )。 24 解析 电荷量为的粒子以速度 进入速度选择器后受力平衡，即 有 ，由左手定则可知，洛伦兹力竖直向上，则电场力竖直 向下，即电场强度的方向竖直向下，且有，当电荷量为 的粒子以速度从 点进入后，由左手定则可知，粒子所受的洛伦兹 力竖直向下，电场力竖直向上，且有 ，则粒子受力平衡， 将沿着图中虚线通过，A项错误；电荷量为的粒子以速度从 点进入后，受到向下的电场力 ，向上的洛伦兹力 ，由于 ，所以粒子受力平衡，将沿着图中直虚线 25 通过，B项错误；电荷量为的粒子以大于的速度从 点进入后， 受到向下的电场力，向上的洛伦兹力 ，由于 ，所以，即粒子刚从 点进入后所受合力竖直向上， 粒子的运动轨迹将向上弯曲，此过程中电场力对粒子做负功，粒子 的动能将逐渐减小，C项正确；电荷量为的粒子以大于 的速度 从点进入后，受到向上的电场力 ，向下的洛伦兹力 ，由于，所以，即粒子刚从 点进入后所受 合力竖直向下，粒子的运动轨迹将向下弯曲，此过程中电场力对粒 子做负功，粒子的动能将逐渐减小，D项错误。 等离子束 平行金属板 之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，电荷在洛伦兹力偏转运动到两金属板，让两金属板带上等量异种电荷，这样两极板间便产生了电势U,U会不断增大吗？ B v v v v U qE Bqv 磁流体发电机 磁流体发电机原理 如图所示，等离子体被喷入磁场， 正、负离子在洛伦兹力的作用下发 生偏转而分别聚集在<m></m>、<m></m>板上，产 生电势差，它可以把离子的动能通过磁场转化为电能。 电源正、负极判断 根据左手定则可判断出正离子偏向<m></m>板，图中的<m></m>板是发电机的正极。 28 发电机的电动势 当发电机外电路断路时，正、负离子所受静电力和洛伦兹力平衡时， 两极板间达到的最大电势差为<m></m>，则<m></m>，得<m></m>，则电 动势<m></m>。当发电机接入电路时，遵从闭合电路欧姆定律。 29 例4 （2024·广东模拟）法拉第曾提出一种利用河 流发电的设想，并进行了实验研究。实验装置示 意图如图所示，两块面积均为 的矩形平行金属板 正对着浸在河水中，金属板间距为 。水流速度处 处相同，大小为 ，方向水平向左，金属板面与水 流方向平行。地磁场磁感应强度竖直向下的分量为 ，水的电阻率 为 ，水面上方有一阻值为的电阻通过绝缘导线和开关 连接到两 金属板上。忽略边缘效应，则下列说法正确的是( )。 30 A.电阻 上的电流方向从里向外 B.河水流速减小，两金属板间的电压增大 C.该发电装置的电动势大小为 D.流过电阻的电流大小为 √ 31 解析 根据题意，由左手定则可知，河水中的正离子向外面金属板 偏转，外金属板为正极，负离子向里面金属板偏转，里面金属板为 负极，则电阻 上的电流方向从外向里，A项错误；设稳定时产生 的感应电动势为，两板间有一带电荷量为 的离子匀速运动，受力 平衡，根据平衡条件可得，解得 ，C项正确；设 极板间等效电阻为 ，由闭合电路欧姆定律可得，两金属板间电压 ，可知河水流速减小，两金属板间的电压减小， 32 B项错误；根据题意，由电阻定律可得，极板间等效电阻 ， 由闭合电路欧姆定律可得，流过电阻的电流大小 ， D项错误。 电磁流量计 流量 单位时间流过导管某一截面的液体的体积。 34 导电液体的流速<m></m>的计算 如图所示，一圆柱形导管直径为<m></m>，用非 磁性材料制成，其中有可以导电的液体向 右流动。导电液体中的正、负离子在洛伦兹力作用下发生偏转，使 <m></m>处积累正电荷，<m></m>处积累负电荷，使<m></m>、<m></m>间出现电势差，<m></m>。 当自由电荷所受静电力和洛伦兹力平衡时，<m></m>、<m></m>间的电势差<m></m>达到 最大，由<m></m>，可得<m></m>。 35 流量的表达式 <m></m>。 电势高低的判断 根据左手定则可得<m></m>。 36 例5 （2024·辽宁模拟预测）某学校安装了反渗透 膜过滤净水器， 经过过滤净化的直饮水进入了教室。净水器如果有反渗透 膜组件， 会产生一部分无法过滤的自来水，称为“废水”，或称“尾水”。“尾水” 中含有较多矿物质及其他无法透过反渗透 膜的成分，不能直接饮 用，但可以浇花、拖地。该学校的物理兴趣小组为了测量直饮水供 水处“尾水”的流量，将“尾水”接上电磁流量计，如图所示。已知流 量计水管直径为，垂直水管向里的匀强磁场磁感应强度大小为 ， 稳定后、两点之间电压为 。则( )。 37 A.点的电势低于 点的电势 B.“尾水”中离子所受洛伦兹力方向由 指向 C.“尾水”的流速为 D.“尾水”的流量为 √ 38 解析 根据左手定则可知，正离子所受洛伦兹力方向由指向 ，向 侧偏转，负离子所受洛伦兹力方向由指向，向侧偏转， 点 的电势低于 点的电势，A项正确，B项错误；正、负离子达到稳定 状态时，有，可得流速 ，C项错误；“尾水”的流量 ，D项错误。 39 霍尔效应的原理和分析 1.定义 高为<m></m>、宽为<m></m>的导体（自由电荷是电子或正电荷）置于匀强磁场<m></m> 中，当电流通过导体时，在导体的上表面<m></m>和下表面<m></m>之间产生电 势差，这种现象称为霍尔效应，此电压称为霍尔电压。 40 电势高低的判断 如图，导体中的电流<m></m>向右时，根据左手定则可得，若自由电荷是电子， 则下表面<m></m>的电势高。若自由电荷是正电荷，则下表面<m></m>的电势低。 41 霍尔电压 导体中的自由电荷（电荷量为<m></m>）在洛伦兹力作用下偏转，<m></m>、<m></m>间 出现电势差，当自由电荷所受静电力和洛伦兹力平衡时，<m></m>、<m></m>间 的电势差<m></m>就保持稳定，由<m></m>，<m></m>，<m></m>，联立解 得<m></m>，<m></m>称为霍尔系数。 42 例6 海底通信电缆通电后会产生磁场，科学家为 了检测某一海域中磁感应强度的大小，利用图中 一块长为、宽为、厚为 ，单位体积内自由电子 数为 的金属霍尔元件，放在海底磁场中，当有如 图所示的恒定电流 （电流方向和就磁场方向垂直）通过元件时， 会产生霍尔电势差 ，通过元件参数可以求得此时海底的磁感应强 度 的大小（地磁场较弱，可以忽略）。下列说法正确的是 （提示：电流与自由电子定向移动速率之间的关系为 ， 其中 为单个电子的电荷量） ( )。 43 A.元件上表面的电势高于下表面的电势 B.仅增大霍尔元件的厚度 ，上、下表面的电势差不变 C.仅增大霍尔元件的宽度 ，上、下表面的电势差不变 D.其他条件一定时，霍尔电压越小，则该处的磁感应强度越大 √ 44 解析 金属材料中定向移动的是自由电子，自由电子定向移动的方 向与电流方向相反，由左手定则可知，电子聚集在上表面，故上表 面的电势更低，A项错误。当电子受到的静电力和洛伦兹力平衡时， 霍尔电压也趋于稳定，可得，解得 ，电流 ，可得，仅增大霍尔元件的厚度 ，上、下表面 的电势差变小；仅增大霍尔元件的宽度 ，上、下表面的电势差不 变，B项错误，C项正确。根据 可知，其他条件一定时，霍 尔电压越小，该处的磁感应强度越小，D项错误。 45 一. 质谱仪 二. 回旋加速器 课堂总结 课堂总结 Lavf57.71.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder r0.2.61(gap_fixed:False) Lavf58.29.100 $