高中物理粤教版选修3-1 3.6洛伦兹力与现代技术 课件1(29张PPT)

(共29张PPT)
第三章
磁
场
第
六
节
洛伦兹力与现代技术
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
若带电粒子（不计重力）以沿着与匀强磁场垂直的方向射入磁场，粒子将如何运动？
2、洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直，洛伦兹力只会改变粒子速度的方向，不会改变其大小。
1、由于是匀强磁场，洛伦兹力大小保持不变
3、该带点粒子将会做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。
问题探究
亥姆霍兹线圈
电
子
枪
磁场强弱选择挡
加速电压选择挡
洛伦兹力演示器
实验探究
实验：
观察1：不加磁场时电子束轨迹
观察2
若加逆时针的励磁电流，磁场方向如何，电子偏转方向将如何？
若加顺时针的励磁电流，磁场方向如何，电子偏转方向将如何？
观察3
改变加速电压和励磁电流时，电子束轨迹半径有何变化？
实验探究
实验探究
结论1：不加磁场时电子束轨迹轨迹是一条直线
结论2:
带电粒子垂直于磁场方向进入磁场后将做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力
结论3：磁场增强时电子束轨迹圆半径变小，电子速度增大时，半径变大
实验探究
1、带电粒子运动轨迹的半径
匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径与哪些因素有关？
思路:
带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。
可见r与速度v、磁感应强度B、粒子的比荷有关
问题探究
2、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期如何求解？
可见同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关
问题探究
例1：一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场．粒子的一段径迹如下图所示．径迹上的每一小段都可近似看成圆弧．由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电量不变)．从图中情况可以确定（
）
A．粒子从a到b，带正电
B．粒子从a到b，带负电
C．粒子从b到a，带正电
D．粒子从b到a，带负电
C
粒子做圆周运动，洛伦兹力提供向心力
半径越来越小
由左手定则确定电性
典例精析
应用：
同一磁场中不同带电粒子的迹径不同
能否根据带电粒子的运动轨迹分辨初速度为零但比荷不同的粒子？
质谱仪
通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器.
问题探究
二、质谱仪原理分析
质谱仪与现代科技
新课教学
二、质谱仪原理分析
新课教学
思考：
（1）粒子在S1、S2的电场中运动时，电场力是否对粒子做功？如何计算粒子的速度？
（2）若粒子在P1、P2之间做直线运动，粒子的速度满足什么条件？
二、质谱仪原理分析
新课教学
思考：
（3）粒子在偏转磁场中运动时是什么力提供向心力？如何计算粒子的比荷？
例2.一个质量为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，其初速度几乎为零，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
例题分析
例2.一个质量为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，其初速度几乎为零，
（1）求粒子进入磁场时的速率。
思路引导
粒子在S1S2间做初速度为零的加速运动，电场力做功，可利用动能定理求解
例题分析
例2.
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。
（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径
思路引导
粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力
半径不同，意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子
例题分析
思考：如何加速带电粒子？
让粒子通过加速电场，可对粒子加速。
如何使粒子获得较大速度？
采用多次加速的方法
1.直线加速器
问题探究
三、回旋加速器
回旋加速器与人们的生活
2．回旋加速器
问题探究
回旋加速器工作原理分析
问题探究
回旋加速器构造和原理
两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。
电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。
粒子回旋的周期不随半径改变。让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一致，从而保证粒子始终被加速。
问题探究
1.在磁场中做圆周运动,周期不变
2.每一个周期加速两次
3.电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同
4.电场一个周期中方向变化两次
5.粒子加速的最大速度由盒的半径决定
6.电场加速过程中,时间极短,可忽略
结论
问题探究
例3：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
典例精析
1.同一种带电粒子以不同速度垂直射入一匀强磁场中，其运动轨迹如图，则可知：
①这些速度的大小关系如何？
②三束粒子从O点出发分别到达1、2、3所用时间关系如何？
半径关系：r1，所以v1
周期公式：T=，所以T1
答案：
①v1
②T1
课堂练习
2.回旋加速器两个D形金属盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，下列措施可行的是(　)
A．增大匀强电场间的加速电压
B．增大磁场的磁感应强度
C．减小狭缝间的距离
D．增大D形金属盒的半径
答案：BD
课堂练习
3、一带电粒子在磁感强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，又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
洛伦兹力不做功,速率不变
周期T=，B加倍,周期减半
半径r=，B加倍,半径减半
答案:B
D
课堂练习
4.如图所示，一束电子(电荷量为e)以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与原来入射方向的夹角是30°，则电子的质量是________，穿透磁场的时间是________．
课堂练习
5.质子(H)和α粒子()从静止开始经相同的电势差加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，则这两粒子的动能之比Ek1:Ek2＝__________，轨道半径之比r1:r2＝________，周期之比T1:T2＝________.
?
课堂练习
思路引导
利用动能定理计算动能
由洛伦兹力提供向心力计算半径
由周期公式比较周期大小
课堂练习
课堂练习