新教材同步系列2024春高中物理第1章磁場第4節(jié)洛倫茲力與現(xiàn)代技術(shù)課件粵教版選擇性必修第二冊

第一章磁場第四節(jié)洛倫茲力與現(xiàn)代技術(shù)學習任務1．通過實驗，了解垂直射入勻強磁場的帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動。2．會應用公式f＝qvB推導帶電粒子做勻速圓周運動的半徑、周期公式。3．知道回旋加速器、質(zhì)譜儀的基本構(gòu)造、原理及用途；體會邏輯推理思維方法。必備知識·自主預習儲備01[知識梳理]知識點一帶電粒子在磁場中的運動(如圖所示)1．實驗探究(1)此裝置是洛倫茲力演示儀，它是一個特制的電子射線管，管內(nèi)下方的電子槍射出的______，可以使管內(nèi)的__________發(fā)出輝光，從而顯示出電子的徑跡。電子束稀薄的氣體(2)實驗現(xiàn)象①當沒有磁場作用時，電子的運動軌跡是____。②當電子垂直射入磁場時，電子的運動軌跡是______。③結(jié)論：增大電子的速度時圓周半徑____，增強磁場的磁感應強度時，圓周半徑____。直線圓弧線增大減小

垂直向心力

半徑運動速度3．洛倫茲力的作用效果洛倫茲力只改變帶電粒子速度的____，不改變帶電粒子速度的____，或者說洛倫茲力對帶電粒子不做功，不改變粒子的能量。知識點二回旋加速器1．主要構(gòu)造：兩個______，兩個大型電磁鐵。2．原理圖方向大小D形盒3．工作原理磁場的作用：帶電粒子____磁場方向射入磁場時，受到磁場的洛倫茲力作用而做________運動。交變電壓的作用：在兩D形盒狹縫間產(chǎn)生的__________的電壓使帶電粒子每經(jīng)過一次狹縫加速一次。交變電壓的周期(或頻率)：與帶電粒子在磁場中做圓周運動的周期(或頻率)____。垂直勻速圓周周期性變化相同

qUqvB

質(zhì)量同位素[基礎自測]1．思考判斷(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)(1)帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動的半徑，與粒子的質(zhì)量和速度無關。 (

)(2)回旋加速器中起加速作用的是磁場。 (

)(3)回旋加速器中起加速作用的是電場，所以加速電壓越大，帶電粒子獲得的最大動能越大。 (

)(4)質(zhì)譜儀可以分析同位素。 (

)(5)離子進入質(zhì)譜儀的偏轉(zhuǎn)磁場后洛倫茲力提供向心力。 (

)×××√√2．粒子甲的質(zhì)量與電荷量分別是粒子乙的4倍與2倍，兩粒子均帶正電荷。讓它們在勻強磁場中同一點以大小相等、方向相反的速度開始運動。已知磁場方向垂直于紙面向里。下列四個圖中能正確表示兩粒子運動軌跡的是(

)√A

BC

D

3．(多選)質(zhì)譜儀的構(gòu)造原理如圖所示，從粒子源S出來時的粒子速度很小，可以看作初速度為零，粒子經(jīng)過電場加速后進入有界的垂直紙面向里的勻強磁場區(qū)域，并沿著半圓周運動而達到照相底片上的P點，測得P點到入口的距離為x，則下列說法正確的是(

)A．粒子一定帶正電B．粒子一定帶負電C．x越大，則粒子的質(zhì)量與電量之比一定越大D．x越大，則粒子的質(zhì)量與電量之比一定越小√√

關鍵能力·情境探究達成02考點1帶電粒子在磁場中的運動考點2回旋加速器考點3質(zhì)譜儀如圖所示的裝置叫作洛倫茲力演示儀。玻璃泡內(nèi)的電子槍(即陰極)發(fā)射出陰極射線，使泡內(nèi)的低壓稀薄氣體發(fā)出輝光，這樣就可顯示出電子的軌跡。(1)電子垂直射入磁場時，電子為什么會做圓周運動？向心力由誰提供？提示：電子進入磁場后受到洛倫茲力，洛倫茲力與速度v垂直，不做功，只改變速度的方向，不改變速度的大小，電子將做圓周運動，此時的洛倫茲力提供向心力。(2)帶電粒子在磁場中運動在現(xiàn)代科技中有哪些應用？提示：回旋加速器、質(zhì)譜儀等?？键c1帶電粒子在磁場中的運動1．帶電粒子在磁場中的運動問題(1)軌跡圓心的確定。①已知入射方向和出射方向時，可通過入射點和出射點分別作垂直于入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心(如圖甲所示，圖中P為入射點，M為出射點)。

3．帶電粒子在有界磁場中的圓周運動的幾種常見情形(1)單直線邊界：進出磁場具有對稱性，射入和射出磁場時，速度與邊界夾角大小相等，如圖所示。(2)平行邊界：存在臨界條件，如圖所示。(3)圓形邊界：沿徑向射入必沿徑向射出，如圖所示。

[跟進訓練]1．(2022·四川棠湖中學高二月考)如圖所示，在真空中，有一半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)充滿垂直于紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為B，一帶電粒子質(zhì)量為m、電荷量為q，以某一速度由a點沿半徑方向射入磁場，從b點射出磁場時其速度方向改變了60°(粒子的重力可忽略)，試求：(1)該粒子在磁場中的運動時間t；

【典例2】回旋加速器是用于加速帶電粒子流，使之獲得很大動能的儀器，其核心部分是兩個D形金屬扁盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒間狹縫中形成勻強電場，使粒子每穿過狹縫都得到加速；兩盒放在勻強磁場中，磁場方向垂直于盒底面。粒子源置于盒的圓心附近，若粒子源射出的粒子電荷量為q，質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為Rm，其運動軌跡如圖所示，問：(1)粒子在盒內(nèi)做何種運動？[解析]

D形盒由金屬導體制成，可屏蔽外電場，因而盒內(nèi)無電場，盒內(nèi)存在垂直盒面的磁場，故粒子在盒內(nèi)磁場中做勻速圓周運動。[答案]

勻速圓周運動

√

【典例3】如圖所示，從離子源產(chǎn)生的甲、乙兩種離子，由靜止經(jīng)加速電壓U加速后在紙面內(nèi)水平向右運動，自M點垂直于磁場邊界射入勻強磁場，磁場方向垂直于紙面向里，磁場左邊界豎直。已知甲種離子射入磁場的速度大小為v1，并在磁場邊界的N點射出；乙種離子在MN的中點射出；MN長為l。不計重力影響和離子間的相互作用。求：(1)磁場的磁感應強度大??；

應用質(zhì)譜儀的兩點注意(1)質(zhì)譜儀的原理中包括粒子的加速、受力的平衡(速度選擇器)、牛頓第二定律和勻速圓周運動等知識。(2)分析粒子的運動過程，建立各運動階段的模型、理清各運動階段之間的聯(lián)系，根據(jù)帶電粒子在不同場區(qū)的運動規(guī)律列出對應的方程。[跟進訓練]3．現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場加速，經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場。若某種一價正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速，為使它經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應強度增加到原來的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為(

)A．11

B．12

C．121

D．144√

學習效果·隨堂評估自測031．(2023·遼寧大連八中高二階段練習)在方向垂直于紙面向里的勻強磁場的區(qū)域中，一垂直磁場方向射入的帶電粒子的運動軌跡如圖所示，由于帶電粒子運動過程中受到空氣阻力的作用，因此帶電粒子的動能逐漸減小，下列說法正確的是(

)A．粒子帶正電，從A點運動到B點B