選修3-1第三章第5節(jié)-洛倫茲力的應(yīng)用(精選課件)

第三章帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)—洛倫茲力的應(yīng)用3.5課標(biāo)定位2、理解質(zhì)譜儀的工作原理.3、理解回旋加速器的工作原理.1、知道利用磁場控制帶電離子的偏轉(zhuǎn).4、掌握帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)問題的分析方法.第一課時(shí)洛倫茲力的特點(diǎn)：2、洛倫茲力只改變速度的方向,不改變速度的大小。3、洛倫茲力對(duì)電荷總是不做功。1、洛倫茲力的方向總是既垂直于速度，又垂直于磁場，即F垂直于v和B所組成的平面。F⊥vF⊥BF⊥SvB知識(shí)基礎(chǔ)在只有洛侖茲力的作用下帶電粒子在無界勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)：F洛=0做勻速直線運(yùn)動(dòng)F洛=Bqv做勻速圓周運(yùn)動(dòng)v∥BV⊥B

R=mvqB

T=2πmqBqvB=mv2R一、利用磁場控制帶電離子偏轉(zhuǎn)RO′v0QFFθθ偏轉(zhuǎn)角圓心角ααOrPv0弦切角＋＋1、確定圓心：

圓心一定在速度的垂線上，也一定在弦的中垂線上。

2、角度之間的關(guān)系：

（1）偏轉(zhuǎn)角等于圓心角；（2）弦切角等于圓心角的一半。

一、利用磁場控制帶電離子偏轉(zhuǎn)3、確定偏轉(zhuǎn)角：q2tan=rR

R=mv0qB∴q2tan=qBrmv04、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：qBTt=qmpq=2注意：θ

應(yīng)以弧度表示RO′v0QFFθθ偏轉(zhuǎn)角圓心角ααOrPv0弦切角＋＋O1Rθ2

［練習(xí)1］如圖，虛線所圍圓形區(qū)域內(nèi)有方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場B。電子束沿圓形區(qū)域的直徑方向以速度v射入磁場，經(jīng)過磁場區(qū)后，電子束運(yùn)動(dòng)的方向與原入射方向成θ角。設(shè)電子質(zhì)量為m，電荷量為e，不計(jì)電子之間的相互作用力及所受的重力。求：（1）電子在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑R；（2）電子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t；（3）圓形磁場區(qū)域的半徑r。vBOrvθ解：（1）（2）由幾何關(guān)系得：圓心角：α

=θ（3）由如圖所示幾何關(guān)系可知，所以：BvO邊界圓情形1：軌跡圓O′αθBO邊界圓軌跡圓BCAO＇θv規(guī)律1：在圓形區(qū)域內(nèi)，沿徑向射入的粒子，必沿徑向射出。規(guī)律:2：在圓形區(qū)域內(nèi)，沿非徑向射入的粒子，兩圓心連線OO′與點(diǎn)C共線。情形2：圓形磁場的規(guī)律

［練習(xí)2］如圖，在第I象限范圍內(nèi)有垂直xOy平面的勻強(qiáng)磁場B。質(zhì)量為m、電量大小為q的帶電粒子(不計(jì)重力)，在xOy平面里經(jīng)原點(diǎn)O射入磁場中，初速度為v0，且與x軸成60o角，試分析計(jì)算：穿越磁場時(shí)運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生的偏轉(zhuǎn)角多大？帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間多長？OyxBv60o60o120o如粒子帶正電:偏轉(zhuǎn)角：θ=600運(yùn)動(dòng)時(shí)間：t=T/6=如粒子帶負(fù)電：偏轉(zhuǎn)角：θ=1200運(yùn)動(dòng)時(shí)間：t=T/3=πm3qB2πm3qB

［練習(xí)3］如圖所示，在y<0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于xy平面并指向紙面外，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一帶正電的粒子以速度v0從O點(diǎn)射入磁場，入射方向在x0y平面內(nèi)，與x軸正向的夾角為θ。若粒子射出磁場的位置與O點(diǎn)的距離為L，求該粒子的電量和質(zhì)量之比q/m。xyopθvθθvθ

解析：xyopθvθθvθ作出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖。設(shè)P點(diǎn)為出射點(diǎn)粒子的運(yùn)動(dòng)半徑：r=mv/qB由幾何知識(shí)：粒子的運(yùn)動(dòng)半徑：rsinθ=L/2由上兩式可得粒子的荷質(zhì)比：q/m=2vsinθ/BL直線邊界磁場的規(guī)律——對(duì)稱性規(guī)律：當(dāng)帶電粒子從同一邊界入射出射時(shí),速度與邊界夾角相同.［練習(xí)4］一個(gè)質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子從x軸上的P（a，0）點(diǎn)以速度v，沿與x正方向成60°的方向射入第一象限內(nèi)的勻強(qiáng)磁場中，并恰好垂直于y軸射出第一象限。求勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和射出點(diǎn)的坐標(biāo)。yxov

vaO/B射出點(diǎn)坐標(biāo)為（0，）

［練習(xí)5］質(zhì)量為m帶電量為e的電子垂直磁場方向從M點(diǎn)進(jìn)入，從N點(diǎn)射出，如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場寬度d，求粒子的初速度多大？OMNvv300dBθR

R=mvqB2dqBm則：R=2d又因?yàn)椤鄓

=解：由幾何關(guān)系知θ=300［變式］如圖所示，一勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，寬度為L，某正電荷q垂直于磁場一邊界以速度v射入，從另一邊界射出，已知該粒子的質(zhì)量為m。求：（1）該粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)角。（2）該粒子在磁場中的側(cè)向位移（偏轉(zhuǎn)位移）。（3）該粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。yROBLvvθ

R=mvqBθLRLqBmv（2）側(cè)向位移y=R-R2-L2√（3）運(yùn)動(dòng)時(shí)間

t=mθqB解：（1）又因?yàn)閟inθ=∴偏轉(zhuǎn)角sinθ=雙邊界磁場的分析方法(2)偏轉(zhuǎn)角由sinθ

=L/R求出。(3)側(cè)移由R2=L2+(R－y)2解出。(4)經(jīng)歷時(shí)間由得出。(1)先畫好輔助線（半徑、速度）。注意：這里射出速度的反向延長線與初速度延長線的交點(diǎn)不是寬度線段的中點(diǎn)。yROθBLvvθ第二課時(shí)速度選擇器（1）只選擇速度，不選擇粒子（質(zhì)量、電量、電性）.

2.特點(diǎn)：（2）帶電粒子必須以唯一確定的速度才能勻速直線通過速度選擇器，否則必定偏轉(zhuǎn).

1.原理：qvB1=Eq

＋＋＋＋＋＋＋v＋－－－－－－－F電F洛-F電F洛B1vF電F洛-

v=E

B1∴（3）其中的E、B的方向不僅互相垂直，且還有確定的關(guān)系

［練習(xí)1］如圖所示是粒子速度選擇器的原理圖，如果粒子所具有的速率v=E/B，那么()A．帶正電粒子必須沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場區(qū)，才能沿直線通過B.帶負(fù)電粒子必須沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場區(qū)，才能沿直線通過C．不論粒子電性如何，沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場區(qū)，都能沿直線通過D.不論粒子電性如何，沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場區(qū)，都能沿直線通過AC＋＋＋＋＋＋＋v＋－－－－－－－F電F洛-F電F洛B1vF電F洛-ab［練習(xí)2］正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場強(qiáng)度分別為B和E，一帶電的粒子，以速度v1垂直射入，而以速度v2射出，則（）A.v1=E/B,v2＜v1

B.v1＞E/B,v2＜v1

C.v1＜E/B,v2＞v1

D.v1＞E/B.v2＞v1

BC＋＋＋＋＋＋＋v1－－－－－－－Eqqv1B＋［變式］

在兩平行金屬板間有正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，一個(gè)帶電粒子垂直于電場和磁場方向射入場中，射出時(shí)粒子的動(dòng)能減少了，為了使粒子射出時(shí)動(dòng)能增加，在不計(jì)重力的情況下，可采取的辦法是()A.增大粒子射入時(shí)的速度B.減小磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度C.增大電場的電場強(qiáng)度D.改變粒子的帶電性質(zhì)BC＋＋＋＋＋＋＋v－－－－－－－注意：洛倫茲力對(duì)電荷總是不做功。二、質(zhì)譜儀的工作原理測定帶電粒子荷質(zhì)比的儀器。1、構(gòu)造包括：①、帶電粒子注入器②、加速電場(U)③、速度選擇器(B1、E)④、偏轉(zhuǎn)磁場(B2)⑤、照相底片UqU=mv22qE=qvB1

r=mvqB2帶電粒子進(jìn)入加速電場，滿足動(dòng)能定理：帶電粒子進(jìn)入速度選擇器，滿足：帶電粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場:④測量：qm

==vrB2ErB1B22、原理：

v=E

B1∴以勻速直線通過.···············U+qSS1xPBA、若離子束是同位素，則x越大，離子質(zhì)量越大。B、若離子束是同位素，則x越大，離子質(zhì)量越小。C、只要x相同，則離子質(zhì)量一定相同。D、只要x相同，則離子的荷質(zhì)比一定相同。AD［練習(xí)3］質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖，離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束(速度可看作為零)，經(jīng)加速電場加速后垂直進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場，到達(dá)記錄它的照相底片P上，設(shè)離子在P上的位置到入口處S1的距離為x，可以判斷:()

［練習(xí)4］改進(jìn)的質(zhì)譜儀原理如圖所示，a為粒子加速器電壓為U1；b為速度選擇器，磁場與電場正交，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，板間距離為d；c為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2.今有一質(zhì)量為m、電量為+e的正電子(不計(jì)重力)，經(jīng)加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進(jìn)入分離器后做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。求：(1)粒子的速度v為多少？(2)速度選擇器的電壓U2為多少？(3)粒子在B2磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R為多大？＋aU1bcEB1B2＋aU1bcEB1B2eU1=mv22解析：（1）由動(dòng)能定理得：得：（2）粒子在b中：得：（3）回答P100討論交流:1、粒子在s1和s2之間受到的電場力與運(yùn)動(dòng)方向相同，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。2、粒子在s2和s3之間受到的電場力與洛倫茲力平衡，做勻速直線運(yùn)動(dòng)。3、粒子在s2和s3之間受到兩個(gè)力。2、粒子在s2和s3之間受到的電場力與洛倫茲力平衡，做勻速直線運(yùn)動(dòng)。三、回旋加速器的工作原理1、組成:①兩個(gè)D形盒.②大型電磁鐵.③高頻交流電源.電場作用：用來加速帶電粒子.磁場作用：用來使粒子回旋從而能被反復(fù)加速.2、原理：v6v7v2v3UB用磁場控制軌道:用電場進(jìn)行加速:v0v1v4qU=mv222-mv122

R=mvqB

T=2πmqBRv53、幾個(gè)物理量A、電場和磁場都對(duì)帶電粒子起加速作用.B、電場和磁場是交替地對(duì)帶電粒子做功的.C、只有電場能對(duì)帶電粒子起加速作用.D、磁場的作用是使帶電粒子在D形盒中做勻速圓周運(yùn)動(dòng).CD

［練習(xí)5］關(guān)于回旋加速器中電場和磁場的作用的敘述，正確的是()

［練習(xí)5］關(guān)于回旋加速器的工作原理，下列說法正確的是()A.磁場的作用是使帶電粒做圓周運(yùn)動(dòng)，獲得多次被加速的機(jī)會(huì).B.帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑不斷增大，周期也不斷增大.C.同一加速器，對(duì)某種確定的粒子，它獲得的最大動(dòng)能由加速電壓決定.D.同一加速器，對(duì)某種確定的粒子，它獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B決定和加速電壓決定.A06年廣東東莞中學(xué)高考模擬試題88．回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電兩極相連接的兩個(gè)D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的勻強(qiáng)電場，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速．兩D形金屬盒處于垂直于盒底面的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，設(shè)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形金屬盒的半徑為R，狹縫間的距離為d，勻強(qiáng)電場間的加速電壓為U，要增大帶電粒子（電荷量為q質(zhì)量為m，不計(jì)重力）射出時(shí)的動(dòng)能，則下列方法中正確的是：()A．增大勻強(qiáng)電場間的加速電壓B．減小狹縫間的距離 C．增大磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度D．增大D形金屬盒的半徑dRBU解：CD在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng),周期不變.每一個(gè)周期加速兩次.電場的周期與粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)周期相同.電場一個(gè)周期中方向變化兩次.粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定.電場加速過程中,時(shí)間極短,可忽略.回旋加速度器中的幾個(gè)結(jié)論：第三課時(shí)_+++++++++++++------------燃燒室發(fā)電通道燃料和氧化劑拓展1：磁流體發(fā)電機(jī)等離子體_+流體為：等離子束.目的：發(fā)電.磁流體發(fā)電機(jī)的應(yīng)用:Eq=Bqv電動(dòng)勢(shì)：E/=Ed=Bvd電流：I=E//（R+r）B板1、圖中AB板哪一個(gè)是電源的正極？2、此發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)？（兩板距離為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，等離子速度為v，