高中物理 第1部分 第6章 第3节 洛伦兹力的应用课件 鲁科版选修3-1

第六章第3节洛伦兹力的应用一. 教学目标1. 知识与技能：1)理解洛伦兹力对粒子不做功。

2)理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。

3)会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动中的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题。

2.过程与方法：1)通过图片的信息提出问题，引导学生根据力学知识推测：运动电荷垂直射入磁场后，可能做圆周运动。

2)进一步通过实验探究，确认粒子的运动轨迹是圆形。

3)通过学生的分析推导，总结归纳出运动电荷做圆周运动的半径、周期。

3. 情感态度与价值观：通过讲述带电粒子在科技、生产与生活中的典型应用，培养学生热爱科学、致力于科学研究的价值观。

二. 教学重点：1)洛伦兹力是带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力来源。

2)带电粒子做匀速圆周运动的半径和周期的推导。

3)解决磁场中圆周运动问题的一般方法：着重把握“一找圆心，二找半径三找周期或时间的规律。

三. 教学难点：正确理解和掌握带电粒子在匀强磁场中运动问题的分析方法。

四. 教学用具：环形线圈、投影仪、投影片五. 课型：新课六. 教学过程1、复习引入：如图所示：师：导入图片一极光。

图片二：磁流体船。

分析：这些现象的原因实际上跟带电粒子在磁场中的运动有关。

当电荷在磁场中运动时，有什么规律？这就是我们这节课要探究的内容。

物理上公式的推导，定律的得出一般都是从最简单入手。

为简单起见，我们研究的是带电粒子在匀强磁场中的运动，且只受洛伦兹力作用。

探究一：带电粒子以一定的初速度v进入匀强磁场，在只受洛伦兹力的条件下，有几种情况？（分组讨论）1）、若带电粒子的速度方向与磁场方向平行（相同或相反），粒子做什么运动？生：带电粒子以入射速度v做匀速直线运动。

2）、若带电粒子垂直磁场方向进入磁场，猜想轨迹。

带电粒子垂直进入匀强磁场，其初速度v与磁场垂直，根据左手定则，其受洛伦兹力的方向也跟磁场方向垂直，并与初速度方向都在同一垂直磁场的平面内，所以粒子只能在该平面内运动。

A1A2,平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场.下列说法正确的是( ABC )
A.质谱仪是分析同位素的重要工具
B.速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外


C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小
[解析] 质谱仪是分析同位素的重要工具,A正确;
带电粒子在速度选择器中沿直线运动时,所受电场力和
粒子做匀速直线运动
左手定
则
生活实例
洛伦兹力的应用
6.磁流体发电机
等离子体射入，受洛伦
兹力偏转，使两极板带
电，板间电压为U，稳

定时 = , =


左手定
则
生活实例
洛伦兹力的应用
尔效应
平衡时，电场力等于洛伦
兹力(金属中能移动的自由
电荷为电子，带负电)

= = → = ℎ
盒中心的A点静止释放一质量为m、电荷量为q的带电粒子，
调整加速电场的频率，使粒子每次在电场中始终被加速，
最后在左侧D形盒边缘被特殊装置引出。不计带电粒子的重
力。求：
(1)粒子获得的最大动能Ekm；
例题 回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图所示。设匀
强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于半径为R的D形盒，狭
)
A.M处的电势高于N处的电势
B.增大M、N之间的加速电压可使P点左移
C.偏转磁场的方向垂直于纸面向外
D.增大偏转磁场磁感应强度的大小可
使P点左移 D
解析：电子在电场中加速运动，
电场力的方向和运动方向相同，
而电子所受电场力的方向与电场
的方向相反，所以M处的电势
低于N处的电势，A错误；

(3)实验现象 ①当没有磁场作用时，电子的运动轨迹是__直__线____．
②当电子垂直射入磁场时，电子的运动轨迹是___圆__周___．
③当电子斜射入磁场时，电子的运动轨迹是__螺__旋__线____．
3．带电粒子在洛伦兹力作用下的圆周运动 (1)运动性质：__匀__速___圆周运动． (2)向心力：由__洛__伦__兹__力___提供．
mv
(3)半径：r＝___q_B____. 2πm
(4)周期：T＝__q_B___，由周期公式可知带电粒子的运动周期
与粒子的质量成正比，与电荷量和磁感应强度成反比，而与
_轨__道__半__径___和__运__动__速__率___无关．
二、回旋加速器和质谱仪 1．回旋加速器 (1)主要构造：两个金属__D__形__盒____，两个大型电磁铁． (2)原理图(如图所示)
凡是比荷不相等的 都被分开，并按 _比__荷__顺__序_____的大小排列，
故称之为 __质__谱__仪________．
(4)其他应用：可以准确地测定每种离子的质量和分析
__同___位__素_____．
带电粒子在匀强磁场中的运动分析
1．运动特点分析 (1)带电粒子垂直射入匀强磁场的运动轨迹 带电粒子(不计重力)以一定的初速度v与磁场方向垂直进入匀 强磁场，粒子受到一个大小不变、方向总与运动方向垂直的 洛伦兹力的作用，做匀速圆周运动,其向心力就是洛伦兹力． (2)轨道半径和周期
由 F 洛＝F 向，得：qvB＝mrv2＝mω2r＝m2Tπ2r，
轨道半径 r＝mBqv，运动周期 T＝2vπr＝2Bπqm.
2．匀速圆周运动过程分析 (1)圆心的确定 ①已知入射方向和出射方向时，可以通过入射点和出射点作 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(如图所示，图中P为入射点，M为出射点)．

2．(对应要点二)如图6－3－14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，穿过磁场时速度方向与原来 入射方向的夹角是30°，则电子的质 图6－3－14 量是______，穿过磁场的时间是________。
答案：由 Uq＝12mv2 2－12mv1 2可知，回旋加速器上所加 的电压越大，粒子经过 D 形盒间隙时，电场力做功越多， 同时粒子做圆周运动的半径增加越快，粒子在 D 形盒内圆 周运动的圈数越少，其出射时的末动能仍等于q22Bm2r2。
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6－3－4所示。离子源S产生 质量为m、电荷量为q的正离子，离子产生出来时速度 很小，可以看做速度为零。产生的离子经过电压U加速， 进入磁感应强度为B的匀强磁场，沿着半圆周运动，到 达记录它的照相底片上的P点。测得P点到入口处S1的 距离为x。试求离子的质量m。
在实际问题中，圆心位置的确定极为重要，通常有两个 方法： (1)如图6－3－6甲所示，图中P为入射点，M为出射点， 已知入射方向和出射方向时，可以通过入射点和出射点 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O。
图6－3－6
(2)如图6－3－6乙所示，图中P为入射点，M为出射点， 已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入 射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这 两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心O。
①
(3)偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运
动，洛伦兹力提供向心力： qBv ＝mrv2。
②
(4)由①②两式可以求出粒子的 半径r 、质量m 、 比荷mq 等 。其中由 r＝B1 2mqU可知电荷量相同时，半径 将随质量 变化。