高中物理《洛伦兹力》课件ppt

2
。

(2)当磁感应强度为峰值B0时,电子束有最大偏转,在荧光屏
上打在Q点,PQ= 3 L。电子运动轨迹如图所示,设此时的
3
偏转角度为θ,由几何关系可知,tan θ=
,所以θ=60°。

根据几何关系,电子束在磁场中运动路径所对圆心角
α=θ,而

tan2
=


由牛顿第二定律和洛伦兹力公式得
答案 (1)
2. 回旋加速器的工作原理
利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在
回旋加速器的核心部件 —— 两个 D 形盒和其间的窄缝内完成。
第1章 安培力与洛伦兹力
（1）磁场的作用
带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，
2 m
其周期与速率、半径均无关（T
2

(2)
6
3
2
evB0=
,解得

B0=
6
。
3
第1章 安培力与洛伦兹力
规律总结 显像管中电子束偏转问题的解决思路
(1)电子在电场中加速,根据动能定理建立加速电压和电子离开电场时的
速度关系,即
1
eU=2mv2。

(2)电子在磁场中的偏转,根据“定圆心、画轨迹、求半径”和半径 r= 、周期
束沿纸面发生偏转的磁场(如图乙所示),其磁感应强度B=μNI,
式中μ为磁常量,N为螺线管线圈的匝数,I为线圈中电流的大
小。由于电子的速度极大,同一电子穿过磁场过程中可认为
磁场没有变化,是稳定的匀强磁场。
第1章 安培力与洛伦兹力
已知电子质量为m,电荷量为e,电子枪加速电压为U,磁常量为μ,螺线管线圈的匝数为N,偏转磁场区

第1章 安培力与洛伦兹力
(3)三个公式:由 f=Bvqsin
①半径
sin
r= ;
②周期
2π
T=
sin
=
③螺距 d=Tvcos
(sin )2
θ=m
可得

2π
;

2π cos
θ=
。

第1章 安培力与洛伦兹力
带电粒子(不计重力)以一定的速度进入磁感应强度为的匀强磁场时的运动轨迹:
期分别为Tp和Tα,已知mα=4mp,qα=2qp,下列选项正确的是(
A
)
A.Rp∶Rα=1∶2,Tp∶Tα=1∶2
B.Rp∶Rα=1∶1,Tp∶Tα=1∶1
C.Rp∶Rα=1∶1,Tp∶Tα=1∶2
D.Rp∶Rα=1∶2,Tp∶Tα=1∶1
解析 由洛伦兹力提供向心力 F
4π 2
qvB=m 2 r

(2)半径的确定
①利用半径公式求半径;
②由圆的半径和其他几何边构成直角三角形,利用几何知识求半径。
第1章 安培力与洛伦兹力
本课小结
第1章 安培力与洛伦兹力
当堂检测
1.如图所示是电子射线管示意图,接通电源后,电子射线由阴极沿x轴方向射出,在荧光屏上会看到
一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转,在下列措施中可采用的是(
高中物理 选择性必修第二册
第1章
第
2节洛Βιβλιοθήκη 兹力第1章 安培力与洛伦兹力
学习目标
1.通过实验认识洛伦兹力。
2.能判断洛伦兹力的方向,会计算它的大小。
3.知道洛伦兹力与安培力之间的关系,能推导出洛伦兹力的计算公式。
4.掌握带电粒子在匀强磁场中运动的规律,并能解答有关问题。

洛伦兹力的概念：运动电荷在磁场中 受到的作用力。
通电导线在磁场中所受到的安培力是 大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。
洛伦兹力的方向由左手定则判定
1、正电荷的运动方向与电流方向相同， 负电荷运动方向与电流方向相反。
2、洛伦兹力垂直于ν与Β所在的平面
洛伦兹力的大小
1.当电荷运动方向与磁场方向垂直
（v⊥B）时，f=qvB.
洛伦兹力的应用（带电粒子在磁场中的运动） 【讨论与交流】
1、有磁场作用时,电子的运动轨迹是否可能为直线? 2、电子为什么会做圆周运动？向心力由谁来提供？ 3、什么情况下电子会做螺旋运动？
洛伦兹力的应用（带电粒子在磁场中的运动）
在匀强磁场中洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力: 即:f=qvB=mv2/r 故得:r=mv/qB
【讨论与交流】
质子和 粒子以相同的动能垂直进入同一磁场,
它们能分开吗?
洛伦兹力的应用（回旋加速器）
(三)、回旋加速器
• 回旋加速器是原子核物理学中获得高速粒子的一种装置。 这种装置结构虽然很复杂，但其基本原理就是利用上面提 到的那个回旋共振频率与速率无关的性质。 如图，回旋加速器的核心部分为D形盒，它的形状有如扁 圆的金属盒沿直径剖开的两半，每半个都象字母"D"的形 状。两D形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源（如质 子、氘核或α粒子源等）。在两D形盒间接上交流电源 （其频率的数量级为106周/秒），于是在缝隙里形成一个 交变电场。由于电屏蔽效应，在每个D形盒的内部电场很 弱。D形盒装在一个大的真空容器里，整个装置放在巨大 的电磁铁两极之间的强大磁场中，这磁场的方向垂直于D 形盒的底面。
2、细胞的生长 增大个体体积
3、细胞的分化 ——形成具有不同形态和 功能的细胞

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；

图3－5－5
洛伦兹力的实际应用
1．速度选择器
(1)原理：如图 3－5－6 所示，所受重力可
忽略不计，运动方向相同而速率不同的正粒
子组成的粒子束射入相互正交的匀强电场
和匀强磁场所组成的场区中，已知电场强度
图3－5－6
为 E，磁感应强度为 B，方向垂直于纸面向里，若粒子运动轨
迹不发生偏折(重力不计)，必须满足平衡条件：qBv＝qE，故
图 3－5－3
2．原理： ①带电粒子进入加速电场，满足动能定理． qU＝12mv2 ②带电粒子进入速度选择器，满足 qE＝qvB1 v＝BE1，匀速直线通过． ③带电粒子进入偏转磁场，偏转半径 r＝qmBv2. ④带电粒子打到照相底片，可得比荷mq ＝B1EB2r .
2．原理：
回旋加速器的工作原理如图 3－5－4 所Βιβλιοθήκη ．运动 类型运动 轨迹
类似平抛运动 抛物线
匀速圆周运动或其一部分 圆或圆的一部分
运动 轨迹
求解 横向偏移y和偏转角φ 方法 要通过类似平抛运动 处理 的规律求解
横向偏移y和偏转角φ要结合 圆的几何关系通过圆周运动 的讨论求解
1.如图 3－5－5 所示，M、N 为一对水平放置的平行金属板， 一带电粒子以平行于金属板方向的速度 v 穿过平行金属板．若 在两板间存在互相垂直的匀强电场和匀强磁场，可使带电粒子 的运动不发生偏转．若不计粒子所受的重力，则以下叙述正确 的是( )
图3－5－9
2．如图 3－5－10 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
图3－5－10

01
洛伦兹力定义
02
洛伦兹力公式
洛伦兹力是指运动电荷在磁场中所受到的力，是磁场对运动电荷的作 用力。
洛伦兹力的公式为F=qvBsinθ，其中q为电荷量，v为电荷运动速度 ，B为磁感应强度，θ为速度方向与磁场方向的夹角。
洛伦兹力与电场力关系
洛伦兹力与电场力的区别
洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力，而电场力是电场对电 荷的作用力。二者产生的机理不同，但都是电磁相互作用的 表现。
数据处理与结果分析
数据处理
通过对实验数据进行整理、筛选和计算，得到粒子在磁场中的运动半径、周期 等关键参数。然后根据洛伦兹力公式和相关物理量之间的关系，计算洛伦兹力 的大小。
结果分析
将计算得到的洛伦兹力与理论值进行比较，分析误差来源。同时，通过改变实 验条件（如粒子电荷量、速度和磁感应强度），观察洛伦兹力的变化情况，进 一步验证洛伦兹力定律的正确性。
05
洛伦兹力在科技领域应用
粒子加速器原理简介
粒子加速器基本概念
粒子加速器是一种利用电磁场将带电粒子加速到高能状态的装置。
洛伦兹力在粒子加速器中的作用
洛伦兹力是粒子加速器中使带电粒子获得加速力的关键因素，通过改变电磁场的强度和 方向，可以控制粒子的运动轨迹和速度。
粒子加速器的种类和应用
粒子加速器种类繁多，包括线性加速器、回旋加速器等，广泛应用于科研、医学、工业 等领域。
实验误差来源及改进措施
误差来源
实验误差主要来源于装置误差、测量误 差和环境因素等。例如，磁场发生装置 的不均匀性、粒子源的稳定性、探测器 的灵敏度以及环境温度和湿度的变化等 都可能对实验结果产生影响。
VS
改进措施
为了减小实验误差，可以采取以下措施： 优化实验装置设计，提高磁场均匀性和粒 子源稳定性；选用高精度测量设备，提高 测量精度；严格控制实验环境条件，减小 环境因素对实验结果的影响；增加实验次 数和数据量，采用统计方法对数据进行分 析和处理。

运动受到的洛仑兹力f=_q_v_B____
15
（3）大小：f qvB sin :v与 B的 夹 角
①v与B垂直： . . . .
f qvB . . v . f .
－ －
② v与B平行：
f 0
v
16
例与练
• 1、两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线 方向进入同一个匀强磁场，两粒子质量之 比为1：4，电量之比为1：2，则两带电粒
qvB mgco3s70 v4m/s
agsi3n076m/s2 × × × ×
s v2 0 4m 2a 3
f ×××× ××××
× × × mg× 26
洛伦兹力与安培力的比较：
6.2 磁场对运动 电荷的作用
1
第2节 研究洛仑兹力
洛伦兹
荷兰物理学家
H.A.Lorentz （1853-1928）
2
磁场对电流有力的作用吗?
安培力
电流是怎样形成的? 电荷的定向移动
由此推理,你可以提出哪些猜想?
__________________________________
•由此我们会想到：磁场对通电导线的安培力 可能是作用在大量运动电荷上的力的宏观表 现，也就是说磁场对运动电荷可能有力的作 用.
f
10
例与练
• 2、下列各图中已经画出磁场方向和洛仑兹 力的方向，请画出电荷的运动方向。
v
v垂直纸面向内
11
例与练
• 3、下列各图中已经画出磁场方向、电荷的 运动方向和洛仑兹力的方向，请指出电荷 的电性。
-
-
12
例与练
• 4、下图中已经知道电荷的运动方向和洛仑 兹力的方向，请指出磁铁的极性。