高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第一章 磁场第四节 洛伦兹力与现代技术授课课件ppt

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必备知识·自主预习储备
[知识梳理]知识点一　带电粒子在磁场中的运动(如图所示)1．实验探究(1)此装置是洛伦兹力演示仪，它是一个特制的电子射线管，管内下方的电子枪射出的______，可以使管内的__________发出辉光，从而显示出电子的径迹。
(2)实验现象①当没有磁场作用时，电子的运动轨迹是____。②当电子垂直射入磁场时，电子的运动轨迹是______。③结论：增大电子的速度时圆周半径____，增强磁场的磁感应强度时，圆周半径____。
3．洛伦兹力的作用效果洛伦兹力只改变带电粒子速度的____，不改变带电粒子速度的____，或者说洛伦兹力对带电粒子不做功，不改变粒子的能量。知识点二　回旋加速器1．主要构造：两个______，两个大型电磁铁。2．原理图
3．工作原理磁场的作用：带电粒子____磁场方向射入磁场时，受到磁场的洛伦兹力作用而做________运动。交变电压的作用：在两D形盒狭缝间产生的__________的电压使带电粒子每经过一次狭缝加速一次。交变电压的周期(或频率)：与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期(或频率)____。
[基础自测]1．思考判断(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径，与粒子的质量和速度无关。(　)(2)回旋加速器中起加速作用的是磁场。(　)(3)回旋加速器中起加速作用的是电场，所以加速电压越大，带电粒子获得的最大动能越大。(　)(4)质谱仪可以分析同位素。(　)(5)离子进入质谱仪的偏转磁场后洛伦兹力提供向心力。(　)
2．粒子甲的质量与电荷量分别是粒子乙的4倍与2倍，两粒子均带正电荷。让它们在匀强磁场中同一点以大小相等、方向相反的速度开始运动。已知磁场方向垂直于纸面向里。下列四个图中能正确表示两粒子运动轨迹的是(　　)
3．(多选)质谱仪的构造原理如图所示，从粒子源S出来时的粒子速度很小，可以看作初速度为零，粒子经过电场加速后进入有界的垂直纸面向里的匀强磁场区域，并沿着半圆周运动而达到照相底片上的P点，测得P点到入口的距离为x，则下列说法正确的是(　　)A．粒子一定带正电B．粒子一定带负电C．x越大，则粒子的质量与电量之比一定越大D．x越大，则粒子的质量与电量之比一定越小
关键能力·情境探究达成
考点1　带电粒子在磁场中的运动
如图所示的装置叫作洛伦兹力演示仪。玻璃泡内的电子枪(即阴极)发射出阴极射线，使泡内的低压稀薄气体发出辉光，这样就可显示出电子的轨迹。(1)电子垂直射入磁场时，电子为什么会做圆周运动？向心力由谁提供？提示：电子进入磁场后受到洛伦兹力，洛伦兹力与速度v垂直，不做功，只改变速度的方向，不改变速度的大小，电子将做圆周运动，此时的洛伦兹力提供向心力。(2)带电粒子在磁场中运动在现代科技中有哪些应用？提示：回旋加速器、质谱仪等。
考点1　带电粒子在磁场中的运动1．带电粒子在磁场中的运动问题(1)轨迹圆心的确定。①已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图甲所示，图中P为入射点，M为出射点)。
3．带电粒子在有界磁场中的圆周运动的几种常见情形(1)单直线边界：进出磁场具有对称性，射入和射出磁场时，速度与边界夹角大小相等，如图所示。(2)平行边界：存在临界条件，如图所示。
(3)圆形边界：沿径向射入必沿径向射出，如图所示。
[跟进训练]1．(2022·四川棠湖中学高二月考)如图所示，在真空中，有一半径为r的圆形区域内充满垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，一带电粒子质量为m、电荷量为q，以某一速度由a点沿半径方向射入磁场，从b点射出磁场时其速度方向改变了60°(粒子的重力可忽略)，试求：(1)该粒子在磁场中的运动时间t；
【典例2】　回旋加速器是用于加速带电粒子流，使之获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间狭缝中形成匀强电场，使粒子每穿过狭缝都得到加速；两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面。粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rm，其运动轨迹如图所示，问：(1)粒子在盒内做何种运动？[解析]　D形盒由金属导体制成，可屏蔽外电场，因而盒内无电场，盒内存在垂直盒面的磁场，故粒子在盒内磁场中做匀速圆周运动。[答案]　匀速圆周运动
【典例3】　如图所示，从离子源产生的甲、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；
应用质谱仪的两点注意(1)质谱仪的原理中包括粒子的加速、受力的平衡(速度选择器)、牛顿第二定律和匀速圆周运动等知识。(2)分析粒子的运动过程，建立各运动阶段的模型、理清各运动阶段之间的联系，根据带电粒子在不同场区的运动规律列出对应的方程。
[跟进训练]3．现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比约为(　　)A．11　　　B．12　　　C．121　　　D．144
学习效果·随堂评估自测
1．(2023·辽宁大连八中高二阶段练习)在方向垂直于纸面向里的匀强磁场的区域中，一垂直磁场方向射入的带电粒子的运动轨迹如图所示，由于带电粒子运动过程中受到空气阻力的作用，因此带电粒子的动能逐渐减小，下列说法正确的是(　　)A．粒子带正电，从A点运动到B点B．粒子带正电，从B点运动到A点C．粒子带负电，从A点运动到B点D．粒子带负电，从B点运动到A点