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高中物理第一章 磁场第四节 洛伦兹力与现代技术背景图ppt课件
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这是一份高中物理第一章 磁场第四节 洛伦兹力与现代技术背景图ppt课件，共52页。PPT课件主要包含了关键能力合作探究，课堂检测素养达标，课时作业巩固演练，圆周运动，D形盒，匀速圆周，周期性变化，速度选择器，匀速圆周运动，不同位置等内容，欢迎下载使用。
必备知识 自主学习
[知识梳理]一、回旋加速器1．概念：洛伦兹力让带电粒子在磁场中做 ，使加速过的粒子绕回来再加速，根据这一思路设计出的粒子加速装置，称为回旋加速器。2．主要构造：两个 ，两个大型电磁铁。
3．原理图(如图所示)
4．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) 。
5．用途：加速器是使带电粒子获得高能量的装置，是科学家探究物质奥秘的有力工具。
二、质谱仪(如图所示)
[自主评价]1．判断正误(1)利用质谱仪可以测定带电粒子的质量和分析同位素。( )(2)回旋加速器的加速电压越高，带电粒子获得的最终动能越大。( )(3)回旋加速器所加交变电压的频率与带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的频率相同。( )(4)利用回旋加速器加速带电粒子，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R。( )
2．情景思考(1)如图所示为质谱仪原理示意图。设粒子质量为m、电量为q，加速电场电压为U，偏转磁场的磁感应强度为B，粒子从容器A下方的小孔S1飘入加速电场，其初速度几乎为0，则粒子进入磁场时的速度是多大？打在底片上的位置到S3的距离多大？(2)回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？对交流电源的周期有什么要求？带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？
提示：(1)不变 (2)相同
2．电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的狭缝区域存在周期性变化的且垂直于两个D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。根据动能定理：qU＝ΔEk。3．交变电压的作用：为保证粒子每次经过狭缝时都被加速，使之能量不断提高，需在狭缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压。
A．质子被加速后的最大速度不可能超过2πfRB．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子[思路点拨] (1)粒子通过电场加速，但粒子最终获得的速度与电场无关。(2)粒子在磁场中做圆周运动的周期等于交变电压的周期。
针对训练1．(多选)1930年劳伦斯制成了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．粒子由加速器的中心附近进入加速器B．粒子由加速器的边缘进入加速器C．粒子从磁场中获得能量D．粒子从电场中获得能量
解析：粒子由加速器的中心附近进入加速器，从电场中获得能量，最后从加速器边缘离开加速器，选项A、D正确。答案：AD
2．回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒的交流电压为U，静止质子经电场加速后，进入D形盒，其最大轨道半径为R，磁场的磁感应强度为B，质子质量为m，电量为e。求：(1)质子最初进入D形盒的动能Ek；(2)质子经回旋加速器最后得到的动能Ekm；(3)交流电源的频率f。
(2)如果让这些不偏转离子进入另一匀强磁场中，发现这些离子又分裂成几束，对这些进入另一磁场的离子，它们的比荷是否相同？ 提示：(1)相等 (2)不同
1．电场和磁场都能对带电粒子施加影响，电场既能使带电粒子加速，又能使带电粒子偏转；磁场虽不能使带电粒子速率变化，但能使带电粒子发生偏转。2．质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电量及轨道半径确定其质量的仪器，称为质谱仪。
针对训练3．(多选)质谱仪的原理如图所示，虚线AD上方区域处在垂直纸面向外的匀强磁场中，C、D处有一荧光屏。同位素离子源产生a、b两种电量相同的离子，无初速度进入加速电场，经同一电压加速后，垂直进入磁场，a离子恰好打在荧光屏C点，b离子恰好打在D点。离子重力不计。则( )A．a离子质量比b的大B．a离子质量比b的小C．a离子在磁场中的运动时间比b的短D．a、b离子在磁场中的运动时间相等
4.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．12C．121 D．144
科学思维——前沿科学中的磁偏转带电粒子在有界磁场中进行运动，如其轨迹是一段圆弧，物理上则把这种运动称为圆周偏转，又叫磁偏转。分析磁偏转问题要注意两个关键的因素：第一是带电粒子运动的环境——有界磁场，常见的有界磁场形状有矩形、圆形等，磁场有单边界和双边界等；第二是运动对象的相关因素——带电粒子入射的初速度(大小和方向)、粒子的电量和质量等。在综合分析这两个因素的基础上，进行圆心、半径和偏转角的确定及相关物理量的求解。
1.如图所示，电场强度E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直于纸面向里，磁感应强度B2的方向垂直纸面向外，在S处有四个二价正离子甲、乙、丙、丁，均以垂直于电场强度E和磁感应强度B1的方向射入，若四个离子质量m甲＝m乙
4.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作零)经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上。设离子射出磁场的位置到入口处S1的距离为x，下列判断正确的是( )A．若离子束是同位素，则x越大，离子进入磁场时速度越小B．若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小C．只要x相同，则离子质量一定不相同D．只要x相同，则离子的比荷一定相同
5．(新情景题)(多选)如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是( )
必备知识 自主学习
[知识梳理]一、回旋加速器1．概念：洛伦兹力让带电粒子在磁场中做 ，使加速过的粒子绕回来再加速，根据这一思路设计出的粒子加速装置，称为回旋加速器。2．主要构造：两个 ，两个大型电磁铁。
3．原理图(如图所示)
4．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) 。
5．用途：加速器是使带电粒子获得高能量的装置，是科学家探究物质奥秘的有力工具。
二、质谱仪(如图所示)
[自主评价]1．判断正误(1)利用质谱仪可以测定带电粒子的质量和分析同位素。( )(2)回旋加速器的加速电压越高，带电粒子获得的最终动能越大。( )(3)回旋加速器所加交变电压的频率与带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的频率相同。( )(4)利用回旋加速器加速带电粒子，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R。( )
2．情景思考(1)如图所示为质谱仪原理示意图。设粒子质量为m、电量为q，加速电场电压为U，偏转磁场的磁感应强度为B，粒子从容器A下方的小孔S1飘入加速电场，其初速度几乎为0，则粒子进入磁场时的速度是多大？打在底片上的位置到S3的距离多大？(2)回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？对交流电源的周期有什么要求？带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？
提示：(1)不变 (2)相同
2．电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的狭缝区域存在周期性变化的且垂直于两个D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。根据动能定理：qU＝ΔEk。3．交变电压的作用：为保证粒子每次经过狭缝时都被加速，使之能量不断提高，需在狭缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压。
A．质子被加速后的最大速度不可能超过2πfRB．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子[思路点拨] (1)粒子通过电场加速，但粒子最终获得的速度与电场无关。(2)粒子在磁场中做圆周运动的周期等于交变电压的周期。
针对训练1．(多选)1930年劳伦斯制成了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．粒子由加速器的中心附近进入加速器B．粒子由加速器的边缘进入加速器C．粒子从磁场中获得能量D．粒子从电场中获得能量
解析：粒子由加速器的中心附近进入加速器，从电场中获得能量，最后从加速器边缘离开加速器，选项A、D正确。答案：AD
2．回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒的交流电压为U，静止质子经电场加速后，进入D形盒，其最大轨道半径为R，磁场的磁感应强度为B，质子质量为m，电量为e。求：(1)质子最初进入D形盒的动能Ek；(2)质子经回旋加速器最后得到的动能Ekm；(3)交流电源的频率f。
(2)如果让这些不偏转离子进入另一匀强磁场中，发现这些离子又分裂成几束，对这些进入另一磁场的离子，它们的比荷是否相同？ 提示：(1)相等 (2)不同
1．电场和磁场都能对带电粒子施加影响，电场既能使带电粒子加速，又能使带电粒子偏转；磁场虽不能使带电粒子速率变化，但能使带电粒子发生偏转。2．质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电量及轨道半径确定其质量的仪器，称为质谱仪。
针对训练3．(多选)质谱仪的原理如图所示，虚线AD上方区域处在垂直纸面向外的匀强磁场中，C、D处有一荧光屏。同位素离子源产生a、b两种电量相同的离子，无初速度进入加速电场，经同一电压加速后，垂直进入磁场，a离子恰好打在荧光屏C点，b离子恰好打在D点。离子重力不计。则( )A．a离子质量比b的大B．a离子质量比b的小C．a离子在磁场中的运动时间比b的短D．a、b离子在磁场中的运动时间相等
4.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．12C．121 D．144
科学思维——前沿科学中的磁偏转带电粒子在有界磁场中进行运动，如其轨迹是一段圆弧，物理上则把这种运动称为圆周偏转，又叫磁偏转。分析磁偏转问题要注意两个关键的因素：第一是带电粒子运动的环境——有界磁场，常见的有界磁场形状有矩形、圆形等，磁场有单边界和双边界等；第二是运动对象的相关因素——带电粒子入射的初速度(大小和方向)、粒子的电量和质量等。在综合分析这两个因素的基础上，进行圆心、半径和偏转角的确定及相关物理量的求解。
1.如图所示，电场强度E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直于纸面向里，磁感应强度B2的方向垂直纸面向外，在S处有四个二价正离子甲、乙、丙、丁，均以垂直于电场强度E和磁感应强度B1的方向射入，若四个离子质量m甲＝m乙
4.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作零)经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上。设离子射出磁场的位置到入口处S1的距离为x，下列判断正确的是( )A．若离子束是同位素，则x越大，离子进入磁场时速度越小B．若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小C．只要x相同，则离子质量一定不相同D．只要x相同，则离子的比荷一定相同
5．(新情景题)(多选)如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是( )
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