原創(chuàng)精品課件：63洛倫茲力的應用(講授式)

1、第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 第第 3 節(jié)節(jié) 洛倫茲力的應用洛倫茲力的應用第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用磁場對電流和運動電荷的作用 第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 一、帶電粒子在勻強磁場中的運動一、帶電粒子在勻強磁場中的運動（1）帶電粒子平行于磁場方向射入時，帶電粒子不受力，做）帶電粒子平行于磁場方向射入時，帶電粒子不受力，做_運動；運動；（2）帶電粒子垂直于磁場方向射入時，洛倫茲力總始終與速度方向）帶電粒子垂直于磁場方向射入時，洛倫茲力總始終與速度方向_, 所以洛倫茲力對帶電粒子所以洛倫茲力對帶電粒子_ 。（3）帶電粒子垂直于磁場方向射入時，洛倫茲力總與速度方

2、向）帶電粒子垂直于磁場方向射入時，洛倫茲力總與速度方向_,起到向心力的作用，所以帶電粒子在勻強磁場中做起到向心力的作用，所以帶電粒子在勻強磁場中做_運動運動（3）帶電粒子做勻速圓周運動的半徑大小與勻強磁場的磁感應強度、）帶電粒子做勻速圓周運動的半徑大小與勻強磁場的磁感應強度、粒子的速度大小有關粒子的速度大小有關.勻速直線勻速直線垂直垂直勻速圓周勻速圓周垂直垂直不做功不做功課前預習第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 （4）圓周運動的半徑和周期）圓周運動的半徑和周期質(zhì)量為質(zhì)量為m、帶電量為、帶電量為q的粒子，以速度的粒子，以速度v垂直射入磁感應強度為垂直射入磁感應強度為B的的勻強磁場，粒子做

3、勻速圓周運動所需向心力是由勻強磁場，粒子做勻速圓周運動所需向心力是由_提供提供,根據(jù)牛頓第二定律和圓周運動公式求得半徑與周期根據(jù)牛頓第二定律和圓周運動公式求得半徑與周期洛倫茲力洛倫茲力課前預習第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 二、回旋加速器和質(zhì)譜儀二、回旋加速器和質(zhì)譜儀1回旋加速器回旋加速器（1）構造圖：如圖所示回旋加速）構造圖：如圖所示回旋加速器 的 核 心 部 件 是 兩 個 半 圓 形器 的 核 心 部 件 是 兩 個 半 圓 形_中空銅盒中空銅盒(2)原理：交流電的周期和粒子做圓周原理：交流電的周期和粒子做圓周運動的周期運動的周期 ，粒子在圓周運動的，粒子在圓周運動的過程中一次

4、一次地經(jīng)過過程中一次一次地經(jīng)過D形盒縫隙，形盒縫隙，兩盒間的電勢差一次一次地反向，粒兩盒間的電勢差一次一次地反向，粒子就會被一次一次地加速。子就會被一次一次地加速。(3)由由qvB，得，得Ekm ，可見粒，可見粒子獲得的最大動能由子獲得的最大動能由_ 決定，與加速電壓決定，與加速電壓_ 相等相等無關無關qmBR課前預習第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 2質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀(1)原理圖：如圖所示原理圖：如圖所示(2)加速：帶電粒子進入質(zhì)譜儀的加速電場，加速：帶電粒子進入質(zhì)譜儀的加速電場，由動能定理得：由動能定理得：_mv2(3)偏轉：帶電粒子進入質(zhì)譜儀的偏轉磁場做偏轉：帶電粒子進入質(zhì)譜儀的偏轉

5、磁場做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力：勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力：_(4) 由由=可知粒子的比荷與可知粒子的比荷與_的平方的平方成反比成反比(5)應用應用:測定帶電粒子的質(zhì)量和分析測定帶電粒子的質(zhì)量和分析_ qUqvB偏轉距離偏轉距離x同位素同位素課前預習第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 新課引入：新課引入：1.帶電粒子平行射入勻強磁場的運帶電粒子平行射入勻強磁場的運動狀態(tài)？動狀態(tài)？ （重力不計）（重力不計）新課教學勻速直線運動勻速直線運動2.帶電粒子垂直射入勻強磁場將如何運帶電粒子垂直射入勻強磁場將如何運動？動？ （重力不計）（重力不計）猜想猜想:帶電粒子將在垂直于磁場的平面

6、帶電粒子將在垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運動內(nèi)做勻速圓周運動第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 亥姆霍茲線圈亥姆霍茲線圈加速電壓選擇加速電壓選擇擋擋磁場強弱選擇擋磁場強弱選擇擋電電 子子 槍槍洛倫茲力演示儀洛倫茲力演示儀實驗驗證實驗驗證新課教學第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 帶帶電電粒粒子子在在勻勻強強磁磁場場中中的的運運動動新課教學第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 實驗結論實驗結論:1.帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動2.粒子做圓周運動的半徑與粒子粒子做圓周運動的半徑與粒子速度速度有關有關,半半徑隨速度的增大而徑隨速度的增大而增大增

7、大3.粒子做圓周運動的半徑與粒子做圓周運動的半徑與磁場強弱磁場強弱有關有關,半半徑隨磁場的增強而徑隨磁場的增強而減小減小新課教學第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 1.1.粒子做圓周運動的半徑：粒子做圓周運動的半徑：rvmBqv2Bqmvr 2.2.粒子做圓周運動的周期粒子做圓周運動的周期BqmvrT22周期周期T T與運動速度及運動半徑無關與運動速度及運動半徑無關新課教學一、帶電粒子在磁場中的圓周運動一、帶電粒子在磁場中的圓周運動第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 動畫模擬動畫模擬: :帶電粒子在勻強磁場中的運動帶電粒子在勻強磁場中的運動圓心一定在與速度方向垂直的直線上圓心一定在

8、與速度方向垂直的直線上新課教學第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 實例分析實例分析:帶電粒子在氣泡室運動徑跡帶電粒子在氣泡室運動徑跡由于能量損失由于能量損失,粒子的速度越粒子的速度越來越小來越小,故軌跡故軌跡半徑越來越小半徑越來越小新課教學第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 例例1.一個帶電粒子沿垂直于磁場方向射入一勻強磁一個帶電粒子沿垂直于磁場方向射入一勻強磁場，粒子的一段運動徑跡如圖所示，徑跡上每一場，粒子的一段運動徑跡如圖所示，徑跡上每一小段可近似看成圓弧，由于帶電粒子的運動使沿小段可近似看成圓弧，由于帶電粒子的運動使沿途的空氣電離，粒子的動能逐漸減?。娏坎煌镜目諝怆婋x，粒

9、子的動能逐漸減?。娏坎蛔儯?，從圖中情況可以確定（）變），從圖中情況可以確定（）A、粒子從、粒子從a到到b，帶正電，帶正電、粒子從、粒子從b到到a，帶正電，帶正電、粒子從、粒子從a到到b，帶負電，帶負電、粒子從、粒子從b到到a，帶負電，帶負電典例精析典例精析 a。b。粒子動能減小粒子動能減小,粒子的速度減粒子的速度減小小,故軌跡半故軌跡半徑越來越小徑越來越小利用左手定利用左手定則判斷電性則判斷電性第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 二、回旋加速器二、回旋加速器1、直線加速器、直線加速器原理：利用加速電場對帶電粒子做正原理：利用加速電場對帶電粒子做正功使帶電粒子的動能增加功使帶電粒子的動能

10、增加Ek=qU 由動能定理得帶電粒子經(jīng)幾級的電場由動能定理得帶電粒子經(jīng)幾級的電場加速后增加的動能為加速后增加的動能為Ek=q( U1+U2+U3+Un )新課教學若需要很大的動若需要很大的動能的粒子，利用能的粒子，利用直線加速器是否直線加速器是否方便？為什么？方便？為什么？那應該怎么辦？那應該怎么辦？第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 2、回旋加速器、回旋加速器（1）構造）構造（2）工作原理）工作原理新課教學第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 3、帶電粒子的最終能量、帶電粒子的最終能量當帶電粒子的速度最大時，其在磁場中的當帶電粒子的速度最大時，其在磁場中的轉動半徑也最大，由轉動半徑

11、也最大，由r=mv/qB知道知道v=qBr/m若若D形盒的半徑為形盒的半徑為R時，帶電粒子的出射速時，帶電粒子的出射速度變?yōu)槎茸優(yōu)関=qBR/m所以，帶電粒子的最終動能為所以，帶電粒子的最終動能為即粒子的最終動能由即粒子的最終動能由磁感應強度磁感應強度B和和D形盒的形盒的半徑半徑R決定決定新課教學4、交流電的周期、交流電的周期:交流電的周期交流電的周期與粒子在磁場中做圓周運動周期與粒子在磁場中做圓周運動周期第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 例例2.回旋加速器核心部分是兩個回旋加速器核心部分是兩個D形金屬扁盒，形金屬扁盒，兩盒和高頻交流電源兩極相接，在盒內(nèi)的狹縫兩盒和高頻交流電源兩極相接

12、，在盒內(nèi)的狹縫中形成勻強電場，使粒子每次穿過狹縫時都得中形成勻強電場，使粒子每次穿過狹縫時都得到加速，兩盒放在磁感應強度為到加速，兩盒放在磁感應強度為B的勻強磁場中，的勻強磁場中，磁場方向垂直于盒底面，粒子源射出的粒子電磁場方向垂直于盒底面，粒子源射出的粒子電荷量為荷量為q，質(zhì)量為，質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為，粒子最大回旋半徑為R.(1)粒子在盒內(nèi)做何種運動；粒子在盒內(nèi)做何種運動；(2)所加交變電流頻率及粒子角速度；所加交變電流頻率及粒子角速度；(3)粒子離開加速器時的最大速度及最大動能粒子離開加速器時的最大速度及最大動能典例精析第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 例例2.題目已知粒子

13、電荷量為題目已知粒子電荷量為q，質(zhì)量為，質(zhì)量為m，粒子，粒子最大回旋半徑為最大回旋半徑為R.(1)粒子在盒內(nèi)做何種運動；粒子在盒內(nèi)做何種運動；答案答案: :帶電粒子在盒內(nèi)在洛倫茲力作帶電粒子在盒內(nèi)在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，每次加速之用下做勻速圓周運動，每次加速之后半徑變大后半徑變大典例精析第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 例例2.題目已知粒子電荷量為題目已知粒子電荷量為q，質(zhì)量為，質(zhì)量為m，粒子，粒子最大回旋半徑為最大回旋半徑為R.(2)所加交變電流頻率及粒子角速度所加交變電流頻率及粒子角速度提示提示: :交流電的周期等于粒子做圓周運動的周期交流電的周期等于粒子做圓周運動的周期解

14、析解析:(2) 高頻交變電流頻率要等于粒高頻交變電流頻率要等于粒子回旋頻率，因為子回旋頻率，因為T，回旋頻率，回旋頻率f，角速度，角速度2f . 典例精析第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 例例2.題目已知粒子電荷量為題目已知粒子電荷量為q，質(zhì)量為，質(zhì)量為m，粒子，粒子最大回旋半徑為最大回旋半徑為R.(3)粒子離開加速器時的最大速度及最大動能粒子離開加速器時的最大速度及最大動能提示提示: :粒子運動半徑等于粒子運動半徑等于D形盒時形盒時, ,速度最大速度最大, ,動能最大動能最大解析解析:(3)由牛頓第二定律知由牛頓第二定律知qBvmax則則Rmax，vmax最大動能最大動能Ekmaxm

15、 典例精析第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 三、質(zhì)譜儀原理分析三、質(zhì)譜儀原理分析1、質(zhì)譜儀是測量帶電粒子質(zhì)、質(zhì)譜儀是測量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具量和分析同位素的重要工具質(zhì)譜儀與現(xiàn)代科技質(zhì)譜儀與現(xiàn)代科技新課教學第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 2、質(zhì)譜儀基本原理、質(zhì)譜儀基本原理質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場加速再垂直進入同一勻強磁同一電場加速再垂直進入同一勻強磁場，由于粒子速度不同，引起軌跡半場，由于粒子速度不同，引起軌跡半徑不同，徑不同， 使粒子按質(zhì)量順序排列，使粒子按質(zhì)量順序排列，3、推導、推導212qUmv加速：12m v

16、RxqB=偏 轉 ：2281qUmBx=新課教學第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 例例3.一個質(zhì)量為一個質(zhì)量為m、電荷量為、電荷量為q的粒子，的粒子，從容器下方的小孔從容器下方的小孔S1飄入電勢差為飄入電勢差為的的加速電場，然后經(jīng)過加速電場，然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為的方向進入磁感應強度為的勻強磁場的勻強磁場中，最后打到照相底片上求：中，最后打到照相底片上求：（）求粒子進入磁場時的速率（）求粒子進入磁場時的速率（）求粒子在磁場中運動的軌道半徑（）求粒子在磁場中運動的軌道半徑典例精析第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 例例3.一個質(zhì)量為一個質(zhì)量為

17、m、電荷量為、電荷量為q的粒子，的粒子，從容器下方的小孔從容器下方的小孔S1飄入電勢差為飄入電勢差為的的加速電場，然后經(jīng)過加速電場，然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為的方向進入磁感應強度為的勻強磁場的勻強磁場中，最后打到照相底片上求：中，最后打到照相底片上求：（）求粒子進入磁場時的速率（）求粒子進入磁場時的速率粒子初速度為零粒子初速度為零粒子經(jīng)電場加速粒子經(jīng)電場加速2122qUm vqUvm解 ： 由 可 得 ：典例精析第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 例例3.一個質(zhì)量為一個質(zhì)量為m、電荷量為、電荷量為q的粒子，的粒子，從容器下方的小孔從容器下方的小孔S1飄

18、入電勢差為飄入電勢差為的的加速電場，然后經(jīng)過加速電場，然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為的方向進入磁感應強度為的勻強磁場的勻強磁場中，最后打到照相底片上求：中，最后打到照相底片上求：（）求粒子在磁場中運動的軌道半徑（）求粒子在磁場中運動的軌道半徑粒子在磁場中做粒子在磁場中做圓周運動，洛倫圓周運動，洛倫茲力提供向心力茲力提供向心力2r12vm vqvBmrqBm UvrBq解 ： 由 得代 入可 得 ：典例精析第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 例例4.已知氫核與氦核的質(zhì)量之比已知氫核與氦核的質(zhì)量之比m1 m21 4，電荷量之比電荷量之比q1 q21 2，當氫核

19、與氦核以，當氫核與氦核以v1 v24 1的速度，垂直于磁場方向射入磁場后，分的速度，垂直于磁場方向射入磁場后，分別做勻速圓周運動，則氫核與氦核半徑之比別做勻速圓周運動，則氫核與氦核半徑之比r1 r2_，周期之比，周期之比T1 T2_.典例精析由洛倫茲力提供向由洛倫茲力提供向心力確定半徑大小心力確定半徑大小利用周期公式分析利用周期公式分析求解求解第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 例例4.已知已知:質(zhì)量之比質(zhì)量之比m1 m21 4，電荷量之比電荷量之比q1 q21 2，速度之比速度之比v1 v24 1求求:半徑之比半徑之比r1 r2周期之比周期之比T1 T2典例精析答案答案2 11 2第六

20、章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 1兩個粒子，電荷量相等，在同一勻強磁場中只受磁兩個粒子，電荷量相等，在同一勻強磁場中只受磁場力而做勻速圓周運動場力而做勻速圓周運動()A若速率相等，則半徑必相等若速率相等，則半徑必相等B若質(zhì)量相等，則周期必相等若質(zhì)量相等，則周期必相等C若周期相等，則半徑必相等若周期相等，則半徑必相等D若動能相等，則半徑必相等若動能相等，則半徑必相等答案：答案：B課堂練習第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 2在回旋加速器中在回旋加速器中()A電場用來加速帶電粒子，磁場則使帶電粒子回旋電場用來加速帶電粒子，磁場則使帶電粒子回旋B電場和磁場同時用來加速帶電粒子電場和磁場同時用來加速帶電粒子C磁場相同的條件下，回旋加速器的半徑越大，則帶磁場相同的條件下，回旋加速器的半徑越大，則帶電粒子獲得的動能越大電粒子獲得的動能越大D同一帶電粒子獲得的最大動能只與交流電壓的大小同一帶電粒子獲得的