新教材同步系列2024春高中物理第1章磁場(chǎng)第4節(jié)洛倫茲力與現(xiàn)代技術(shù)課件粵教版選擇性必修第二冊(cè)

第一章磁場(chǎng)第四節(jié)洛倫茲力與現(xiàn)代技術(shù)學(xué)習(xí)任務(wù)1．通過實(shí)驗(yàn)，了解垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2．會(huì)應(yīng)用公式f＝qvB推導(dǎo)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式。3．知道回旋加速器、質(zhì)譜儀的基本構(gòu)造、原理及用途；體會(huì)邏輯推理思維方法。必備知識(shí)·自主預(yù)習(xí)儲(chǔ)備01[知識(shí)梳理]知識(shí)點(diǎn)一帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(如圖所示)1．實(shí)驗(yàn)探究(1)此裝置是洛倫茲力演示儀，它是一個(gè)特制的電子射線管，管內(nèi)下方的電子槍射出的______，可以使管內(nèi)的__________發(fā)出輝光，從而顯示出電子的徑跡。電子束稀薄的氣體(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①當(dāng)沒有磁場(chǎng)作用時(shí)，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡是____。②當(dāng)電子垂直射入磁場(chǎng)時(shí)，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡是______。③結(jié)論：增大電子的速度時(shí)圓周半徑____，增強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，圓周半徑____。直線圓弧線增大減小

垂直向心力

半徑運(yùn)動(dòng)速度3．洛倫茲力的作用效果洛倫茲力只改變帶電粒子速度的____，不改變帶電粒子速度的____，或者說(shuō)洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功，不改變粒子的能量。知識(shí)點(diǎn)二回旋加速器1．主要構(gòu)造：兩個(gè)______，兩個(gè)大型電磁鐵。2．原理圖方向大小D形盒3．工作原理磁場(chǎng)的作用：帶電粒子____磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)時(shí)，受到磁場(chǎng)的洛倫茲力作用而做________運(yùn)動(dòng)。交變電壓的作用：在兩D形盒狹縫間產(chǎn)生的__________的電壓使帶電粒子每經(jīng)過一次狹縫加速一次。交變電壓的周期(或頻率)：與帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期(或頻率)____。垂直勻速圓周周期性變化相同

qUqvB

質(zhì)量同位素[基礎(chǔ)自測(cè)]1．思考判斷(正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”)(1)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，與粒子的質(zhì)量和速度無(wú)關(guān)。 (

)(2)回旋加速器中起加速作用的是磁場(chǎng)。 (

)(3)回旋加速器中起加速作用的是電場(chǎng)，所以加速電壓越大，帶電粒子獲得的最大動(dòng)能越大。 (

)(4)質(zhì)譜儀可以分析同位素。 (

)(5)離子進(jìn)入質(zhì)譜儀的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后洛倫茲力提供向心力。 (

)×××√√2．粒子甲的質(zhì)量與電荷量分別是粒子乙的4倍與2倍，兩粒子均帶正電荷。讓它們?cè)趧驈?qiáng)磁場(chǎng)中同一點(diǎn)以大小相等、方向相反的速度開始運(yùn)動(dòng)。已知磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里。下列四個(gè)圖中能正確表示兩粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的是(

)√A

BC

D

3．(多選)質(zhì)譜儀的構(gòu)造原理如圖所示，從粒子源S出來(lái)時(shí)的粒子速度很小，可以看作初速度為零，粒子經(jīng)過電場(chǎng)加速后進(jìn)入有界的垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，并沿著半圓周運(yùn)動(dòng)而達(dá)到照相底片上的P點(diǎn)，測(cè)得P點(diǎn)到入口的距離為x，則下列說(shuō)法正確的是(

)A．粒子一定帶正電B．粒子一定帶負(fù)電C．x越大，則粒子的質(zhì)量與電量之比一定越大D．x越大，則粒子的質(zhì)量與電量之比一定越小√√

關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成02考點(diǎn)1帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)2回旋加速器考點(diǎn)3質(zhì)譜儀如圖所示的裝置叫作洛倫茲力演示儀。玻璃泡內(nèi)的電子槍(即陰極)發(fā)射出陰極射線，使泡內(nèi)的低壓稀薄氣體發(fā)出輝光，這樣就可顯示出電子的軌跡。(1)電子垂直射入磁場(chǎng)時(shí)，電子為什么會(huì)做圓周運(yùn)動(dòng)？向心力由誰(shuí)提供？提示：電子進(jìn)入磁場(chǎng)后受到洛倫茲力，洛倫茲力與速度v垂直，不做功，只改變速度的方向，不改變速度的大小，電子將做圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的洛倫茲力提供向心力。(2)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)在現(xiàn)代科技中有哪些應(yīng)用？提示：回旋加速器、質(zhì)譜儀等?？键c(diǎn)1帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1．帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題(1)軌跡圓心的確定。①已知入射方向和出射方向時(shí)，可通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直于入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心(如圖甲所示，圖中P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn))。

3．帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)的幾種常見情形(1)單直線邊界：進(jìn)出磁場(chǎng)具有對(duì)稱性，射入和射出磁場(chǎng)時(shí)，速度與邊界夾角大小相等，如圖所示。(2)平行邊界：存在臨界條件，如圖所示。(3)圓形邊界：沿徑向射入必沿徑向射出，如圖所示。

[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(2022·四川棠湖中學(xué)高二月考)如圖所示，在真空中，有一半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)充滿垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一帶電粒子質(zhì)量為m、電荷量為q，以某一速度由a點(diǎn)沿半徑方向射入磁場(chǎng)，從b點(diǎn)射出磁場(chǎng)時(shí)其速度方向改變了60°(粒子的重力可忽略)，試求：(1)該粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t；

【典例2】回旋加速器是用于加速帶電粒子流，使之獲得很大動(dòng)能的儀器，其核心部分是兩個(gè)D形金屬扁盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒間狹縫中形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，使粒子每穿過狹縫都得到加速；兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于盒底面。粒子源置于盒的圓心附近，若粒子源射出的粒子電荷量為q，質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為Rm，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，問：(1)粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？[解析]

D形盒由金屬導(dǎo)體制成，可屏蔽外電場(chǎng)，因而盒內(nèi)無(wú)電場(chǎng)，盒內(nèi)存在垂直盒面的磁場(chǎng)，故粒子在盒內(nèi)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。[答案]

勻速圓周運(yùn)動(dòng)

√

【典例3】如圖所示，從離子源產(chǎn)生的甲、乙兩種離子，由靜止經(jīng)加速電壓U加速后在紙面內(nèi)水平向右運(yùn)動(dòng)，自M點(diǎn)垂直于磁場(chǎng)邊界射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，磁場(chǎng)左邊界豎直。已知甲種離子射入磁場(chǎng)的速度大小為v1，并在磁場(chǎng)邊界的N點(diǎn)射出；乙種離子在MN的中點(diǎn)射出；MN長(zhǎng)為l。不計(jì)重力影響和離子間的相互作用。求：(1)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小；

應(yīng)用質(zhì)譜儀的兩點(diǎn)注意(1)質(zhì)譜儀的原理中包括粒子的加速、受力的平衡(速度選擇器)、牛頓第二定律和勻速圓周運(yùn)動(dòng)等知識(shí)。(2)分析粒子的運(yùn)動(dòng)過程，建立各運(yùn)動(dòng)階段的模型、理清各運(yùn)動(dòng)階段之間的聯(lián)系，根據(jù)帶電粒子在不同場(chǎng)區(qū)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律列出對(duì)應(yīng)的方程。[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來(lái)分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場(chǎng)。若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場(chǎng)，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來(lái)的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為(

)A．11

B．12

C．121

D．144√

學(xué)習(xí)效果·隨堂評(píng)估自測(cè)031．(2023·遼寧大連八中高二階段練習(xí))在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的區(qū)域中，一垂直磁場(chǎng)方向射入的帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，由于帶電粒子運(yùn)動(dòng)過程中受到空氣阻力的作用，因此帶電粒子的動(dòng)能逐漸減小，下列說(shuō)法正確的是(

)A．粒子帶正電，從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)B