1.4洛伦兹力与现代技术 课件 高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第二册（15张PPT）

第四节 洛伦兹力与现代技术
第一章 磁场
【增长见识】
粒子加速器是用人工方法产生＿＿＿＿
粒子的装置。日常生活中常见的粒子加速器有用于电视的＿＿＿＿＿及X光管等设施，是探索＿＿＿和粒子的性质、内部结构和相互作用的重要工具，在工农业生产、医疗卫生、＿＿＿＿等方面也都有重要而广泛的实际应用。
高速带电
阴极射线管
原子核
科学技术
一、回旋加速器
1.实验基础：用洛伦兹力演示仪演示电子束的径迹
【说明】洛伦兹力演示仪中的电子枪能产生＿＿＿，玻璃泡内的稀薄气体能显示＿＿＿＿＿，励磁线圈能产生与两线圈中心连线平行的＿＿磁场。
电子束
电子的径迹
匀强
一、回旋加速器
1.实验现象：用洛伦兹力演示仪演示电子束的径迹
(1)未加磁场时，电子束的径迹是＿＿＿＿；
(2)加上匀强磁场时，电子束的径迹是＿＿＿；
(3)磁感应强度或电子的速度改变时，圆的半径发生＿＿。
(a)未加磁场时 (b)磁场垂直纸面向外时
一条直线
圆弧形
改变
一、回旋加速器
2.规律分析：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力f提供为向心力，则
(1)向心力： ＿＿＿＿＿＿＿＿＿；
(2)轨道半径：＿＿＿；
(3)运动周期：＿＿＿。
【说明】 运动周期T与运动速度v＿＿。
无关
3.回旋加速器：
(1)结构：回旋加速器主要由圆柱形磁极、两个＿＿＿＿＿、＿＿＿＿电源、粒子源和粒子引出装置等构成；
一、回旋加速器
劳伦斯 (a)世界上第一台回旋加速器 (b)原理图
半圆金属盒
高频交变
3.回旋加速器：
(2)原理：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，
在电场做加速运动
①旋转周期：＿＿＿＿，与速率和半径＿＿，
与加速电场的周期＿＿；
②最大速度：＿＿＿＿＿，R是金属盒最大半径；
③最大动能：＿＿＿＿＿＿，与磁感应强度和金属盒半径＿＿，与加速电压和加速次数＿＿。
一、回旋加速器
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无关
相等
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有关
无关
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二、质谱仪
阿斯顿
1.结构：质谱仪主要由 ＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、
和＿＿＿＿三部分构成；
加 速 电场
加速电场
速度选择器
偏转磁场
二、质谱仪
2.原理：
(1)通过加速电场，有＿＿＿＿＿＿＿，得＿＿＿＿；
(2)通过速度选择器，有＿＿＿＿＿，得＿＿＿＿；
(3)在偏转磁场中，有＿＿＿＿＿，得＿＿＿＿；
(4)带电粒子的比荷＿＿＿＿＿。
3.应用：质谱仪是测量带电粒子＿＿和分析＿＿＿
的重要工具。
H31318.exe
H31320.exe
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质量
同位素
【课堂练习】
1.有电子、质子、氘核、氚核，以相同速度垂直射入同一匀强磁场中，它们都作匀速圆周运动，则轨道半径最大的粒子是( )
A．氘核 B．氚核 C．电子 D．质子
2.质子和a粒子由静止出发，经过同一加速电场加速后，沿垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，则它们在磁场中的各运动量间的关系正确的是( )
A．速度之比为2:1 B．周期之比为1:2
C．半径之比为1:2 D．角速度之比为1:1
B
B
【课堂练习】
3. (多选) 如图所示，竖直向下的匀强磁场穿过光滑的绝缘水平面，平面上一个钉子O固定一根细线，细线的另一端系一带电小球，小球在光滑水平面内绕O做匀速圆周运动.在某时刻细线断开，小球仍然在匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法一定错误的是( )
A.速率变小，半径变小，周期不变
B.速率不变，半径不变，周期不变
C.速率不变，半径变大，周期变大
D.速率不变，半径变小，周期变小
AD
【课堂练习】
4.一个用于加速质子的回旋加速器，其核心部分如图所示，D形盒半径为R，垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B，两盒分别与交流电源相连。下列说法中，正确的是( )
A. 质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大
B. 质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大
C. 只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值
D. 不需要改变任何量，这个装置也能用于加速α粒子
A
【课堂练习】
5.(多选)如图所示为质谱仪的原理图，一束粒子以速度v沿直线穿过相互垂直的匀强电场(电场强度为E)和匀强磁场(磁感应强度为B1)的重叠区域，然后通过狭缝S0垂直进入另一匀强磁场(磁感应强度为B2)，最后打在照相底片上的三个不同位置，粒子的重力可忽略不计，则下列说法中，不正确的是( )
A. 该束粒子带负电
B. P1板带负电
C. 粒子的速度v满足关系式v=E/B2
D. 在磁感应强度为B2的磁场中，运动半径越大的粒子，比荷q/m越小
ABC
【课堂练习】
6.(多选)一带电粒子在强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，如它又顺利进入另一磁感强度为2B的匀强磁场中仍做匀速圆周运动，则( )
A. 粒子的速率加倍，周期减半
B. 粒子的速率不变，轨道半径减半
C. 粒子的速率减半，轨道半径变为原来的 1/4
D. 粒子速率不变，周期减半
7.一质子及一α粒子，同时垂直射入同一匀强磁场中：
(1)若两者由静止经同一电势差加速的，则旋转半径之比为 ＿＿＿；
　　 (2)若两者以相同的动能进入磁场中，则旋转半径之比为＿＿＿；
(3)若两者以相同速度进入磁场，则旋转半径之比为＿＿＿。
B D
1︰1
1︰2
【课堂练习】
8.一个质量为m、电荷量为 q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。
(1)求粒子进入磁场时的速率；
(2)求粒子在磁场中运动的轨道半径。
(2)由牛顿第二定律得
解:(1)由动能定理得
,则
,则