1.3 洛伦兹力的应用(教学课件）高中物理鲁科版（2019）选择性必修第二册

第一章　安培力与洛伦兹力1.3洛伦兹力的应用知道显像管的基本构造及工作的基本原理，认识电子束的磁偏转，知道磁偏转的相关应用知道速度选择器的工作原理并能解决其基本问题知道质谱仪的工作原理，并能解决其基本问题知道回旋加速器的工作原理并能解决其基本问题学习目标显像管一1.如图所示，由电子枪、_________和荧光屏组成。2.工作原理(1)电子枪________，经电场加速形成电子束。(2)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______，从而实现扫描。(3)荧光屏被电子束撞击发光，显示图像。偏转线圈发射电子偏转 1.(2023·诸暨市高二期末)如图所示为电视显像管的原理示意图。显像管中有一个电子枪，工作时它能发射高速电子，撞击荧光屏就能发光，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。要使电子束A.打在屏上A点，偏转磁场的方向应水平向右B.打在屏上B点，偏转磁场的方向应垂直纸面向外C.打在屏上的位置由A点逐渐向B点移动，磁感应 强度大小应先减小，再反向增大D.打在屏上的位置由B点逐渐向A点移动，磁感应强度大小应先增大，再 反向减小√ 速度选择器二速度选择器是近代物理学研究中常用的一种实验工具，其功能是可以选择某种速度的带电粒子。如图，两极板间存在匀强电场和匀强磁场，二者方向互相垂直，带电粒子从左侧射入，不计粒子重力。1.带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE＝qvB。即v＝ 。2.速度选择器中偏转情况：(1)当v＞ 时，粒子向F洛方向偏转，F电做负功，粒子的动能减小，电势能增大。(2)当v＜ 时，粒子向F电方向偏转，F电做正功，粒子的动能增大，电势能减小。某粒子在速度选择器中匀速运动，若只改变其电性或电荷量，粒子能否匀速通过？ 2.(来自教材)某速度选择器的示意图如图所示。K为电子枪，电子枪沿KA方向射出的电子束中电子的速率大小不一。当电子束通过由平行板电容器产生的匀强电场和同时存在的垂直于电场的匀强磁场后，只有一定速率的电子能沿直线前进通过小孔S。设两板间的电压为300 V，间距为5 cm，磁场的磁感应强度为6×10-2 T。(1)磁场方向应垂直于纸面向里还是向外？(2)速度为多大的电子能通过小孔S？(3)如果粒子带正电，是否需要改变磁场或电场的方向？通过小孔的粒子速率与第(2)问中的电子速率有无不同？答案　 (1)向里　 (2) 1×105 m/s　 (3)不需要　相同(1)由题图知，电子所受电场力方向向上，则其所受洛伦兹力方向向下，由左手定则知，磁场方向垂直纸面向里。  质谱仪三在科学研究和工业生产中，常需要将一束带等量电荷的粒子分开，以便知道其所含物质的成分。利用现在所学的知识，你能设计一个方案，以便分开电荷量相同、质量不同的带电粒子吗？粒子的电荷量相同，即化学性质相同，无法用化学方法分开电场能否实现？（1）先加速（2）再偏转      （1）电场先加速（2）磁场偏转     1.用途质谱仪是一种分离和检测_______的仪器。同位素是指具有相同_______和不同_______的原子。2.主要构造如图所示是质谱仪的原理示意图。I为离子源；S1和S2为两个狭缝，在S1和S2之间加上电压U，构成加速电场，A点上部分为匀强磁场区域。同位素质子数中子数    2r  由⑤式可知，离子的比荷与偏转距离x的平方成反比。凡是比荷不相等的离子会被分开，并按比荷的大小顺序排列。由⑥式可知，利用质谱仪还可以准确地测出每种离子的质量。 √√  √√   回旋加速器四在粒子物理学的研究中，经常需要用高能量的粒子作为“炮弹”去轰击未知原子，以便“打开”其内部结构。那如何才能获得需要的高能粒子呢？ 直线加速器斯坦福大学加速器北京正负电子对撞机能不能设计一种能实现多次加速，又减少占地空间的加速器呢？构造过于庞大，占地大造价过高你能发现直线加速器的缺点吗？可利用磁场使得质子流回到电场中，在电场中实现多次加速的目的。回旋加速器1.构造图：如图甲，回旋加速器两D形盒之间有狭缝，中心附近放置粒子源，D形盒间接上交流电源，在狭缝里形成一个交变电场。D形盒上有垂直盒面的匀强磁场。2.工作原理：如图乙，粒子每经过一次加速，其轨道半径就大一些，粒子做圆周运动的周期_____。不变1.回旋加速器中的磁场和电场分别起什么作用？磁场的作用是使带电粒子回旋，电场的作用是使带电粒子加速。2.若带电粒子在电场中加速时间极短，可忽略，一个周期内带电粒子两次经过电场，要使带电粒子每次经过电场都能被加速的条件是什么？3.带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？如何提高带电粒子获得的最大动能？4.粒子加速的次数由哪些因素决定？可见加速电压的大小影响带电粒子的加速次数。5.求粒子在回旋加速器中磁偏转的总时间(规定粒子加到最大速度即为引出)。拓展：若粒子在电场中加速的总时间不可忽略，如何求解粒子在加速电场中加速的总时间。 √√  一、显像管 二、速度选择器直线通过条件：qE = qvB  应用了电子束磁偏转的原理三、质谱仪由：得：四、回旋加速器 1.条件： 2.粒子能量：