2021-2022学年鲁科版（2019）高中物理选择性必修第二册1.3 洛伦兹力的应用 课件(共32张PPT)

(共32张PPT)
1.3 洛伦兹力的应用
第1章 安培力与洛伦兹力
鲁科版 （2019版） 选择性必修2
复习回顾
0
1）洛伦兹力大小公式
2）特点
+
v
f
洛伦兹力提供向心力
半径R
半径公式：
周期公式：
时间公式：
+
v
f
半径R
圆心角、偏转角、弦切角
v
f
O
A
B
C
C
D
复习回顾
0
显像管
1
把利用电场改变带电粒子的运动方向称为电偏转；
把利用磁场改变带电粒子的运动方向称为 磁偏转。
1.1 电偏转 磁偏转
显像管是一种电子射线管，广泛应用 于电视机、监视器等，它运用的是电子束的磁偏转原理；
1.2 显像管
由电子枪发出的电子，经电场加速形成电子束， 在水平偏转线圈和竖直偏转线圈产生的不断变化的磁场作用下，运动方向发生偏 转，从而实现扫描，在荧光屏上显示图像。
（备注：交流电50Hz）
显像管
1
例题：如图所示为电视机显像管原理示意图，没有磁场时,电子束打在荧光屏正中的O点，为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。
(1)要使电子束在水平方向偏离中心,打在荧光屏上的a点,偏转磁场应该沿　　 　　　　方向。
(2)要使电子束打在 b 点,磁场应该沿　　　 　　　方向；
(3)要使电子束打在荧光屏上的位置由b点逐渐向a点移动,偏转磁场应沿 ；
垂直于纸面向外
先垂直于纸面向里逐渐减小到零,再垂直于纸面向外由零逐渐增大
垂直于纸面向里
显像管
1
1.3 示波器
【磁偏转 电偏转】如图所示，长方形虚线框内存在竖直向下的匀强电场时，一不计重力的带正电粒子在电场力作用下偏转的轨迹（M点进入、N点射出），偏转角为 ；如果以同样的速度从M点射入，从N点以相同的偏转角射出匀强磁场，求：
（1）匀强磁场的方向；
（2）匀强电场大小E与匀强磁场大小B的比值是多少？
显像管
1
例题
速度选择器
2
2.1 原理
如图所示，在两极板间有电场和磁场（复合场），不计重力，当电场力等于洛伦兹力时，带电粒子沿直线穿出极板。
2.2 速度选择
大小：
方向：
2.3 特点
只选择速度v（含大小、方向），
不能选择质量m和电荷量q
滤速器
速度选择器
2
电磁流量计
如何推导呢？
Bqv= q
U
d
Q=Sv
速度选择器
2
霍尔效应
达到稳定状态时，电场力等于洛伦兹力；
Bqv= q
U
b
速度选择器
2
将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去，利用磁场对带电的流体产生的作用，从而发出电来。
最简单的开式磁流体发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。工作过程是在化石燃料燃烧后产生的高温气体中，加入易电离的钾盐或钠盐，使其部分电离后，经喷管加速产生高达摄氏3000度、速度达到1000m/s的高温高速导电气体，最后产生电流。
磁流体发电，
质谱仪
3
离子源
加速电场
速度选择器
加速：
偏转：
x=2r
粒子的比荷与偏转距离x的平方成反比；
凡是比荷不相等的粒子即可被分开，
并按比荷顺序的大小排列，只称为“质谱”
1922年英国物理学家阿斯顿因 诺贝尔化学奖
质谱仪
3
例题：如图所示，离子源产生的甲、乙两种离子由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动，自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直；已知甲种离子射入磁场的速度大小为v1，并在磁场边界的N点射出；乙种离子在MN的中点射出，MN长为L，不计重力影响和离子间的相互作用。求：
(1)磁场的磁感应强度大小；
(2)甲、乙两种离子的比荷之比；
答案：（1）B=
回旋加速器
4
医用直线加速器
在加州斯坦福直线加速器中心,两英里长的直线
+
-
1级
原理图
+
-
2级
+
-
+
-
n级
回旋加速器
4
2个半圆、真空D形盒；
盒间有狭缝，接交变电流
大型电磁铁
回旋加速器
4
1、工作原理
电场加速，磁场偏转；
2、交变电压的周期（频率）
电压正负及时更换（高频振荡器）
交变电压的周期与粒子运动的速率、半径无关；只与磁场、粒子的比荷有关。
回旋加速器
4
3、最终能量
电场加速，磁场偏转；
最终能量与：磁场偏转最大半径、磁感应强度、比荷大小有关。
n目前无法测量
回旋加速器
4
4、加速次数
磁场一个周期，电场需加速2次；
5、运动时间t=？
电场中的加速时间t1=？
磁场的偏转时间t2=？
t1远小于t2
回旋加速器
4
例题：关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是：( )
A.电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋
B.电场和磁场同时用来加速带电粒子
C.同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由加速电压决定
D.同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由磁感应强度B决定和加速电压决定;
答案:A
粒子在电场中做加速运动,在磁场中做圆周运动
粒子获得的最大动能由粒子受到的洛伦兹力提供向心力求解
回旋加速器
4
例题：【多选】 1930年劳伦斯制成世界上第一台回旋加速器,其原理如图所示.这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是 (　　)
A.粒子从电场中获得能量
B.粒子获得的最大速度与回旋加速器半径有关
C.粒子获得的最大速度与回旋加速器内的电场有关
D.回旋加速器中的电场和磁场交替对带电粒子做功
AB
回旋加速器
4
离子源问题
5
5.1 放缩圆法
带电粒子（入射点不变）的速度方向不变，速度大小改变；
1
2

3
5.1 [2020·全国卷Ⅰ] 一匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外,其边界如图中虚线所示,为半圆,ac、bd与直径ab共线,a、c间的距离等于半圆的半径.一束质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子,在纸面内从c点垂直于ac射入磁场,这些粒子具有各种速率.不计粒子之间的相互作用.在磁场中运动时间最长的粒子,其运动时间为 (　 )
A. B. C. D.
C　
离子源问题
5
离子源问题
5
5.1 如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场分布在正方形abcd区域内，O点是cd边的中点．一个带正电的粒子仅在磁场力的作用下，从O点沿纸面以垂直于cd边的速度射入正方形内，经过时间t0刚好从c点射出磁场．现设法使该带电粒子从O点沿纸面以与Od成30°的方向，以大小不同的速率射入正方形内，那么下列说法中正确的是 ( )
A、若该带电粒子从ab边射出，它经历的时间可能为t0；
B、若该带电粒子从bc边射出，它经历的时间可能为t0；
C、若该带电粒子从cd边射出，它经历的时间为t0；
D、若该带电粒子从ad边射出，它经历的时间可能为；
离子源问题
5
5.2 旋转圆法（圆心圆法）
带电粒子（入射点不变）的速度方向改变，速度大小不变；
+
v
1
2
3
4
离子源问题
5
5.2 如图所示,一束电子以大小不同的速率沿图示方向飞入边界是一正方形的匀强磁场,下列判断正确的是 (　　)
A.电子在磁场中运动时间越长,其轨迹线越长；
B.电子在磁场中运动时间越长,其轨迹线所对应的圆心角越大；
C.在磁场中运动时间相同的电子其轨迹线一定重合；
D.电子的速率不同,它们在磁场中运动时间一定不相同；
B
离子源问题
5
5.2 如图所示，在虚线MN下方存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.放置在虚线MN上P点的离子源，可以向磁场区域纸面内的各个方向发射出质量为m、电荷量为q的负离子，速率都为v。对于那些在纸面内运动的离子，下列说法不正确的是( )
A、离子射出磁场的点Q(图中未画出)到P的最大距离为；
B、离子距离MN的最远距离为；
C、离子在磁场中的运动时间与射入方向有关；
D、对于沿同一方向射入磁场的离子，射入速率越大，运动时间越短；
离子源问题
5
5.2 如图所示，S处有一电子源，可向纸面内任意方向发射电子，平板MN垂直于纸面，在纸面内的长度L=9.1cm，中点O与S间的距离d=4.55cm，MN与SO直线的夹角为θ,板所在平面有电子源的一侧区域有方向垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度B=2.0×10-4T，电子质量m=9.1×10-31kg，电量e=1.6×10-19C，不计电子重力。电子源发射速度v=1.6×106m/s的一个电子，该电子打在板上可能位置的区域的长度为L，则（ ）
A．θ=90O时，L=9.1cm；
B．θ=60O时，L=9.1cm；
C．θ=45O时，L=4.55cm；
D．θ=30O时，L=4.55cm
离子源问题
5
5.3 平移圆法
带电粒子的速度大小、方向都不变，但入射点改变；
离子源问题
5
5.3 【多选】如图所示，MN是磁感应强度B匀强磁场的边界，一质量为m、电荷量为q粒子在纸面内从O点射入磁场，若粒子速度为v0，最远可落在边界上的A点，下列说法正确的有（ ）
A、若粒子落在A点的左侧，其速度一定小于v0 ；
B、若粒子落在A点的右侧，其速度一定大于v0
C、若粒子落在A点左右两侧d的范围内，其速度不可能小于
D、若粒子落在A点左右两d的范围内，其速度不可能大于
离子源问题
5
5.4 圆聚焦
带电粒子轨迹半径R 等于圆的磁场区域半径r；
+
v
O
B
O
磁场区域半径r
轨迹半径 R
偏转角
离子源问题
5
5.4 如图所示，在半径为R的圆形区域内充满磁感应强度为B的匀强磁场，MN是一竖直放置的感光板、从圆形磁场最高点P垂直磁场射入大量的带正电、电荷量为q、质量为m的粒子，不考虑粒子间的相互作用力，关于这些粒子的运动，以下说法正确的是( )
A、只要对着圆心入射，出射后均可垂直打在MN上；
B、对着圆心入射的粒子，其出射方向的反向延长线不一定过圆心；
C、对着圆心入射的粒子，速度越大在磁场中运动的时间越长；
D、只要速度满足 ，沿不同方向入射的粒子出射后均可垂直打在MN上；