洛伦兹力与现代科技课件沪科版选修PPT
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高中物理5.6洛伦兹力与现代科技课件沪科选修31
第6课时 洛伦兹力与现代科技
学 习 目 标
思 维 启 迪
1.知道回旋加速器的 构造和工作原理． 2.知道质谱仪的构造 和工作原理.
图5-6-1
为了研究物质的微观结构，科学 家必须用各种各样的加速器产生出速 度很大的高能粒子．欧洲核子研究中 心的粒子加速器周长达27 km(如图5－ 6－1中的大圆)，为什么加速器需要那 么大的周长呢？
知识梳理
一、回旋加速器 1．结构：回旋加速器主要由圆柱形磁极、________ 两个D形 金属盒、 高频交变 ________电源、粒子源和粒子引出装置等组 成．
2．问题讨论 2πm (1)旋转周期：与速率和半径无关，且 T＝ ，而高 qB 频电源的周期与粒子旋转周期应相等才能实现回旋加速，
2πm qB 故高频电源周期 T 电＝ ____.
(2)获得的最大动能：由于 D 形盒的半径 R 一定， qBR q2B2R2 m 知，粒子最大动能 Ekm＝_____. 2m 由 vm＝____
二、质谱仪 1．质谱仪的作用 利用磁场对带电粒子的偏转， 由带电粒子的电荷量、轨道半径确 定其质量的仪器． 2．构造 如图5－6－2所示，主要由以 下几部分组成： ①带电粒子注入器 ②加速电场(U)
图5-6-2
③速度选择器(B1、E) ④偏转磁场(B2) ⑤照相底片 3．速度选择器原理 (1)粒子受力特点：同时受方向相反的电场力和 磁场力作用．
(2)粒子匀速通过速度选择器的条件：电场力和 洛伦兹力平衡：qE＝qvB1，即速度大小只有满足 v E ＝ 的粒子才能沿直线匀速通过. B1
注意：①速度选择器两极板间距离极小，粒子稍 有偏转，即打到极板上． ②速度选择器对正、负电荷均适用． ③速度选择器中的E、B1的方向具有确定的关系， 仅改变其中一个方向，就不能对速度做出选择．
学 习 目 标
思 维 启 迪
1.知道回旋加速器的 构造和工作原理． 2.知道质谱仪的构造 和工作原理.
图5-6-1
为了研究物质的微观结构，科学 家必须用各种各样的加速器产生出速 度很大的高能粒子．欧洲核子研究中 心的粒子加速器周长达27 km(如图5－ 6－1中的大圆)，为什么加速器需要那 么大的周长呢？
知识梳理
一、回旋加速器 1．结构：回旋加速器主要由圆柱形磁极、________ 两个D形 金属盒、 高频交变 ________电源、粒子源和粒子引出装置等组 成．
2．问题讨论 2πm (1)旋转周期：与速率和半径无关，且 T＝ ，而高 qB 频电源的周期与粒子旋转周期应相等才能实现回旋加速，
2πm qB 故高频电源周期 T 电＝ ____.
(2)获得的最大动能：由于 D 形盒的半径 R 一定， qBR q2B2R2 m 知，粒子最大动能 Ekm＝_____. 2m 由 vm＝____
二、质谱仪 1．质谱仪的作用 利用磁场对带电粒子的偏转， 由带电粒子的电荷量、轨道半径确 定其质量的仪器． 2．构造 如图5－6－2所示，主要由以 下几部分组成： ①带电粒子注入器 ②加速电场(U)
图5-6-2
③速度选择器(B1、E) ④偏转磁场(B2) ⑤照相底片 3．速度选择器原理 (1)粒子受力特点：同时受方向相反的电场力和 磁场力作用．
(2)粒子匀速通过速度选择器的条件：电场力和 洛伦兹力平衡：qE＝qvB1，即速度大小只有满足 v E ＝ 的粒子才能沿直线匀速通过. B1
注意：①速度选择器两极板间距离极小，粒子稍 有偏转，即打到极板上． ②速度选择器对正、负电荷均适用． ③速度选择器中的E、B1的方向具有确定的关系， 仅改变其中一个方向，就不能对速度做出选择．
高中物理选修31沪科版课件：5.6洛伦兹力与现代科技
形盒的半径 R。
一
二
做一做
(多选)在回旋加速器中,带电粒子在 D 形盒内经过半个圆周所需的时
间 t 与下列物理量无关的是(
)
A.带电粒子的质量和电荷量
B.带电粒子的速度
C.加速器的磁感应强度
D.带电粒子运动的轨道半径
2
解析:t= =
答案:BD
2π
2
=
π
。
一
二
二、质谱仪
1.作用:用来分析同位素和测量带电粒子的质量。
•7、不能把小孩子的精神世界变成单纯学习知识。如果我们力求使儿童的全部精神力量都专注到功课上去，他的生活就会变得不堪忍
受。他不仅应该是一个学生，而且首先应该是一个有多方面兴趣、要求和愿望的人。2021/11/192021/11/19November 19, 2021
•8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进，不知自勉，任何教育者就都不
子受到的电场力和洛伦兹力等大、反向。如图中,只让磁场 B 的方向反向,
粒子将向下偏转。
2.电磁流量计
如图所示,一圆形导管直径为 d,用非磁性材料制成,其中有可以导电的
液体向左流动。
探究一
探究二
原理:导电液体中的自由电荷(正负离子)在洛伦兹力作用下纵向偏转,a、
b 间出现电势差。
当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时,a、b 间的电势差就保持稳
能在他的身上培养出好的品质。可是只有在集体和教师首先看到儿童优点的那些地方，儿童才会产生上进心。
2021/11/192021/11/192021/11/192021/11/19
一
二
②电场的作用
沪科版课件高中物理选修3-15.6洛伦兹力与现代科技
③直线加速器的优缺点 多级加速器也经常叫做直线加速器． 优点：使带电粒子达到很大的速度． 缺点：多级加速器占用的空间范围太大，目前已经建成的 直线加速器有的几公里长，甚至几十公里长，所以在有限的范 围内制造多级加速器会受到很大的限制．
(2)回旋加速器的主要问题分析 ①高频电源的频率 f 电：粒子在匀强磁场中的运转周期 与速率和半径无关，且 T＝2qπBm，尽管粒子运转的速率和半 径不断增大，但粒子每转半周的时间 t＝T2＝πqmB不变．因此， 要使高频电源的周期与粒子运转的周期相等(同步)，才能实 现回旋加速，即高频电源的频率为 f 电＝2qπBm.
离子源产生的离子进入加速电场时的速度很小，可以认
为等于零，则加速后有 qU＝12mv2
所以 v＝
2qU m.
离子在磁场中运动的轨道半径
R＝x2＝mqBv＝qmB
2qU m
所以 m＝q8BU2x2.
(3)由上式可知，电荷量相同，如果质量有微小的差别，就 会打在P处的不同位置处．如果在P处放上底片，就会出现一系 列的谱线，不同的质量就对着一根确定的谱线，叫做质谱线， 能完成这种工作的仪器就称为质谱仪．利用质谱仪对某种元素 进行测量，可以准确地测出各种同位素的原子质量．
1.如右图所示的装置中，设法使某种有机化合物的气态分子导入 容器A中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变成正一价的离 子．分子离子从狭缝S1，以很小的速度进入电压为U的加速电场 区(初速不计)，加速后，再通过狭缝S2、S3射入磁感应强度为B 的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ.最后分子离子打在感 光片上，形成垂直于纸面且平行
②正确地分析带电粒子运动情况．要确定：带电粒子做什 么运动？是匀速还是变速？是直线还是曲线？有哪些运动过程？ 最典型的运动状态有平衡状态以及类平抛运动和匀速圆周运动 等；
沪科版洛伦兹力与现代科技-课件
谢谢观赏
You made my day!
我们，还在路上……
学习目标 知识储备 学习探究 典例精析 课堂小结 自我检测
三、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题的分析
1．圆心的确定方法：两线定一点
O
(1)圆心一定在垂直于速度的直线上．
如图甲所示，已知入射点P(或出射点M)
的速度方向，可通过入射点和出射点作速
度的垂线，两条直线的交点就是圆心．
O
(2)圆心一定在弦的中垂线上． 如图乙所示，作P、M连线的中垂线， 与其中一个速度的垂线的交点为圆心．
3.(带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题)如图所示，平面
直角坐标系的第Ⅰ象限内有一匀强磁场垂
直于纸面向里，磁感应强度为 B.一质量为
m、电荷量为 q 的粒子以速度 v 从 O 点沿
着与 y 轴夹角为 30°的方向进入磁场，运动
到 A 点(图中未画出)时速度方向与 x 轴的正
方向相同，不计粒子的重力，则
学习目标 知识储备 学习探究 典例精析 课堂小结 自我检测
二、对质谱仪原理的理解
例2 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的磁感应 强度和匀强电场的场强分别为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
质量 质量
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一、回旋加速器
1．回旋加速器主要由哪几部分组成？ 回旋加速器中磁场和电场分别起什么作 用？ 答案 两个D形盒 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．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？
高中物理新选修课件洛伦兹力与现代技术
结果分析
将计算得到的洛伦兹力大小与理论值 进行比较，分析误差来源并给出合理 的解释。同时，可以进一步探究洛伦 兹力与现代技术之间的联系和应用。
实验误差来源及改进措施
误差来源
可能存在的误差来源包括电流表和电压表的读数误差、磁场 强度的测量误差、电荷速度和电荷量的测量误差等。
改进措施
为了减小误差，可以采取以下措施：使用更精确的电流表和 电压表；提高磁场强度的测量精度；改进电荷速度和电荷量 的测量方法；增加测量次数以减小随机误差等。
01 3. 将实验仪的磁场调整到合适的强度，并记录磁 感应强度的数值。
02 4. 将电荷以一定的速度射入磁场中，并观察其偏 转情况。
02 5. 通过调整滑动变阻器改变电流的大小，从而改 变磁场的强度，重复步骤4多次测量。
数据处理方法和结果分析
数据处理方法
根据实验记录的数据，利用公式 F=qvB计算洛伦兹力的大小，其中q 为电荷量，v为电荷速度，B为磁感 应强度。通过多次测量取平均值来减 小误差。
磁流体发电利用洛伦兹力将高温高速的等离子体直接转换成电能。
洛伦兹力在电磁学领域重要
03
性
电磁学发展历程回顾
早期电磁学研究
洛伦兹力的发现
从吉尔伯特的磁石研究到库仑的电荷 相互作用定律，奠定了电磁学的基础 。
洛伦兹在研究磁场对运动电荷的作用 时，发现了洛伦兹力，进一步完善了 电磁学理论体系。
法拉第与麦克斯韦的贡献
现代技术中洛伦兹力应用实
02
例
粒子加速器原理及构造
01 粒子加速器概述
粒子加速器是一种利用电磁场将带电粒子加速到 高能量的装置。
02 洛伦兹力在粒子加速器中的应用
粒子加速器中的洛伦兹力作用于带电粒子，使其 在磁场中做圆周运动并获得能量。
将计算得到的洛伦兹力大小与理论值 进行比较，分析误差来源并给出合理 的解释。同时，可以进一步探究洛伦 兹力与现代技术之间的联系和应用。
实验误差来源及改进措施
误差来源
可能存在的误差来源包括电流表和电压表的读数误差、磁场 强度的测量误差、电荷速度和电荷量的测量误差等。
改进措施
为了减小误差，可以采取以下措施：使用更精确的电流表和 电压表；提高磁场强度的测量精度；改进电荷速度和电荷量 的测量方法；增加测量次数以减小随机误差等。
01 3. 将实验仪的磁场调整到合适的强度，并记录磁 感应强度的数值。
02 4. 将电荷以一定的速度射入磁场中，并观察其偏 转情况。
02 5. 通过调整滑动变阻器改变电流的大小，从而改 变磁场的强度，重复步骤4多次测量。
数据处理方法和结果分析
数据处理方法
根据实验记录的数据，利用公式 F=qvB计算洛伦兹力的大小，其中q 为电荷量，v为电荷速度，B为磁感 应强度。通过多次测量取平均值来减 小误差。
磁流体发电利用洛伦兹力将高温高速的等离子体直接转换成电能。
洛伦兹力在电磁学领域重要
03
性
电磁学发展历程回顾
早期电磁学研究
洛伦兹力的发现
从吉尔伯特的磁石研究到库仑的电荷 相互作用定律，奠定了电磁学的基础 。
洛伦兹在研究磁场对运动电荷的作用 时，发现了洛伦兹力，进一步完善了 电磁学理论体系。
法拉第与麦克斯韦的贡献
现代技术中洛伦兹力应用实
02
例
粒子加速器原理及构造
01 粒子加速器概述
粒子加速器是一种利用电磁场将带电粒子加速到 高能量的装置。
02 洛伦兹力在粒子加速器中的应用
粒子加速器中的洛伦兹力作用于带电粒子，使其 在磁场中做圆周运动并获得能量。
56洛伦兹力与现代科技课件沪科版选修31 共47页
图5－6－4
栏目 导引
第5章 磁场与回旋加速器
离子经过加速电场加速后垂直进入有界匀强 磁场(图中实线框所示)，并沿着半圆周运动到 达照相底片上的P点，测得P点到入口处S1的 距离为x.下列说法中正确的是( ) A．若离子束是同位素，则x越大，离子的质 量越大 B．若离子束是同位素，则x越大，离子的质 量越小
它们接在电压一定、频率为f的交流电源上,位 于D1圆心处的质子源A能不断产生质子(初速 度可以忽略，重力不计),它们在两盒之间被电 场加速，D1、D2置于与盒面垂直的磁感应强 度为B的匀强磁场中．若质子束从回旋加速器 输出时的平均功率为P,求输出时质子束的等效 电流I与R、B、P、f的关系式(忽略质子在电 场中的运动时间，其最大速度远小于光速)．
2Ue1m.
栏目 导引
第5章 磁场与回旋加速器
【答案】 (1)
2eU1 m
(2)B1d
2eU1 m
1 (3)B2
2U1m )对带电粒子进行正确的受力分析和运动过 程分析；
(2)选取合适的规律，建立方程求解．
栏目 导引
第5章 磁场与回旋加速器
变式训练 2．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5－6－4 所示．离子源S可以发出 各种不同的正离子束， 离子从S出来时速度很小， 可以认为是静止的．
U1 加速，由动能定理得
eU1
＝
1 2
mv2
得
v＝
2emU1.
栏目 导引
第5章 磁场与回旋加速器
(2)在 b 中，正电子受到的电场力和洛伦兹力大 小相等，即 eUd2＝evB1，代入 v 值得 U2＝dB1
2emU1. (3)在 c 中，正电子受洛伦兹力作用而做圆周运 动，回转半径 R＝Bm2ve，代入 v 值得 R＝B12
栏目 导引
第5章 磁场与回旋加速器
离子经过加速电场加速后垂直进入有界匀强 磁场(图中实线框所示)，并沿着半圆周运动到 达照相底片上的P点，测得P点到入口处S1的 距离为x.下列说法中正确的是( ) A．若离子束是同位素，则x越大，离子的质 量越大 B．若离子束是同位素，则x越大，离子的质 量越小
它们接在电压一定、频率为f的交流电源上,位 于D1圆心处的质子源A能不断产生质子(初速 度可以忽略，重力不计),它们在两盒之间被电 场加速，D1、D2置于与盒面垂直的磁感应强 度为B的匀强磁场中．若质子束从回旋加速器 输出时的平均功率为P,求输出时质子束的等效 电流I与R、B、P、f的关系式(忽略质子在电 场中的运动时间，其最大速度远小于光速)．
2Ue1m.
栏目 导引
第5章 磁场与回旋加速器
【答案】 (1)
2eU1 m
(2)B1d
2eU1 m
1 (3)B2
2U1m )对带电粒子进行正确的受力分析和运动过 程分析；
(2)选取合适的规律，建立方程求解．
栏目 导引
第5章 磁场与回旋加速器
变式训练 2．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5－6－4 所示．离子源S可以发出 各种不同的正离子束， 离子从S出来时速度很小， 可以认为是静止的．
U1 加速，由动能定理得
eU1
＝
1 2
mv2
得
v＝
2emU1.
栏目 导引
第5章 磁场与回旋加速器
(2)在 b 中，正电子受到的电场力和洛伦兹力大 小相等，即 eUd2＝evB1，代入 v 值得 U2＝dB1
2emU1. (3)在 c 中，正电子受洛伦兹力作用而做圆周运 动，回转半径 R＝Bm2ve，代入 v 值得 R＝B12
【教育课件】沪科版高中物理选修3-15.6《洛伦兹力与现代科技》课件ppt.ppt
5.6 洛伦兹力与现代科技
教师用书独具演示
●课标要求 了解电子束的磁偏转原理以及在科学技术中的应用． 认识电磁现象的研究在社会发展中的作用． ●课标解读 1．了解质谱仪和回旋加速器的工作原理． 2．能够运用学过的知识分析，计算有关带电粒子在匀 强磁场中受力、运动的问题．
●教学地位 本节内容是洛伦兹力知识在科学技术中的应用，学习本 节知识可以让学生对理论与实践相结合的研究方法有所体 会，可以培养学生综合运用力学知识和电子教学知识的能 力．本节涉及的内容是高考的重点，涉及的题目综合性很 强．
12mv2 .
②速度选择
通过调节E和B1的大小，使速度v＝BE1的粒子进入B2区．
③偏转
v R＝qmBv2⇒mq ＝ RB2
2E ＝ B1B2L
.
(3)应用：常用来测定带电粒子的 比荷 (也叫 荷质比 ) 和分析同位素等．
2．思考判断 (1)比荷不同的带电粒子通过速度选择器的速度不 同．(×) (2)电量相同而质量不同的带电粒子，以相同的速度进 入匀强磁场后，将沿着相同的半径来做圆周运动．(×) (3)利用质谱仪可以检测化学物质或核物质中的同位素 和不同成分．(√)
图教5－6－1
• ●教学流程设计
演示结束
课标解读
重点难点
1.了解回旋加速器的构 1.回旋加速器和质谱仪的工
造及工作原理．
作原理．(重点)
2.了解质谱仪的构造及 2.带电粒子在复合场中运动
工作原理．
问题．(重点)
3.会综合运用电场和磁 3.带电粒子最大动能和荷质
场知识研究带电粒
比的分析．(难点)
(2012·厦门六中高二检测)回旋加速器是用来加 速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器，其核心部分是 两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接， 以使在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每穿过狭缝都得 到加速，两盒放在匀强磁场中，磁感应强度为B，磁场方向 垂直于盒底面，离子源置于盒的圆心附近，若离子源射出的 离子电荷量为q，质量为m，离子最大回旋半径为R，其运动 轨迹如图5－6－4所示．问：
教师用书独具演示
●课标要求 了解电子束的磁偏转原理以及在科学技术中的应用． 认识电磁现象的研究在社会发展中的作用． ●课标解读 1．了解质谱仪和回旋加速器的工作原理． 2．能够运用学过的知识分析，计算有关带电粒子在匀 强磁场中受力、运动的问题．
●教学地位 本节内容是洛伦兹力知识在科学技术中的应用，学习本 节知识可以让学生对理论与实践相结合的研究方法有所体 会，可以培养学生综合运用力学知识和电子教学知识的能 力．本节涉及的内容是高考的重点，涉及的题目综合性很 强．
12mv2 .
②速度选择
通过调节E和B1的大小，使速度v＝BE1的粒子进入B2区．
③偏转
v R＝qmBv2⇒mq ＝ RB2
2E ＝ B1B2L
.
(3)应用：常用来测定带电粒子的 比荷 (也叫 荷质比 ) 和分析同位素等．
2．思考判断 (1)比荷不同的带电粒子通过速度选择器的速度不 同．(×) (2)电量相同而质量不同的带电粒子，以相同的速度进 入匀强磁场后，将沿着相同的半径来做圆周运动．(×) (3)利用质谱仪可以检测化学物质或核物质中的同位素 和不同成分．(√)
图教5－6－1
• ●教学流程设计
演示结束
课标解读
重点难点
1.了解回旋加速器的构 1.回旋加速器和质谱仪的工
造及工作原理．
作原理．(重点)
2.了解质谱仪的构造及 2.带电粒子在复合场中运动
工作原理．
问题．(重点)
3.会综合运用电场和磁 3.带电粒子最大动能和荷质
场知识研究带电粒
比的分析．(难点)
(2012·厦门六中高二检测)回旋加速器是用来加 速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器，其核心部分是 两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接， 以使在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每穿过狭缝都得 到加速，两盒放在匀强磁场中，磁感应强度为B，磁场方向 垂直于盒底面，离子源置于盒的圆心附近，若离子源射出的 离子电荷量为q，质量为m，离子最大回旋半径为R，其运动 轨迹如图5－6－4所示．问：
洛伦兹力与现代科技ppt课件
1、定义：磁场对运动电荷的作用力.
安培力是洛伦兹力的宏观表现.
2、方向：左手定则.
F⊥V F⊥B
3、大小： F洛=qVBsinθ V⊥B，F洛=qVB。
V∥B，F洛= 0。
4、特点：洛伦兹力只改变速度的方向;
洛伦兹力对运动电荷不做功.
物理选修3-1（沪科版）5.6
洛伦兹力与现代科技
磁场中的带电粒子一般可分为两类：
直，并垂直于图中纸面向里。
（1）求离子进入磁场后到达屏S上时的位置与O点的距离。
（2）如果离子进入磁场后经过时间t到达位置P，证明：直线OP与离子入射方向
之间的夹角θ跟t的关系是θ=qBt/2m
解:（1）找圆心O′—— 连接OP，作垂直平分线交OS于O′
画轨迹 —— 半圆
∴OS=2R= 2 mv/qB
向心力的方向 始终和速度方向垂直。向心力只改变 速度的方向， 向心力不改变 速度的大小 。
理论探究
v
+
F
洛伦兹力总与速度方向垂直，不改变带电粒 子的速度大小，所以洛伦兹力不对带电粒子 做功。
由于粒子速度的大小不变，所以洛伦兹力大小也不 改变，加之洛伦兹力总与速度方向垂直，正好起到 了向心力的作用。
定半径R—— qvB=mv2/R R=mv/qB
(2)如何求tOP？ ∠OO′P=2 θ T=2 πm/qB ∴ θ=q B t / 2 m
t/T= θ/2π t/T= 2 θ/2π t= 2 θT/2π=2mθ/qB
或 ∠OO′P= 2 θ=SOP/R
O vB
θ
f 2 θ •P
O′
2 θ=SOP/R=vt/R= q B t / m ∴ θ=q B t / 2 m
例 1、匀强磁场中，有两个电子分别以速率v和2v沿垂 直于磁场方向运动，哪个电子先回到原来的出发点？
安培力是洛伦兹力的宏观表现.
2、方向：左手定则.
F⊥V F⊥B
3、大小： F洛=qVBsinθ V⊥B，F洛=qVB。
V∥B，F洛= 0。
4、特点：洛伦兹力只改变速度的方向;
洛伦兹力对运动电荷不做功.
物理选修3-1（沪科版）5.6
洛伦兹力与现代科技
磁场中的带电粒子一般可分为两类：
直，并垂直于图中纸面向里。
（1）求离子进入磁场后到达屏S上时的位置与O点的距离。
（2）如果离子进入磁场后经过时间t到达位置P，证明：直线OP与离子入射方向
之间的夹角θ跟t的关系是θ=qBt/2m
解:（1）找圆心O′—— 连接OP，作垂直平分线交OS于O′
画轨迹 —— 半圆
∴OS=2R= 2 mv/qB
向心力的方向 始终和速度方向垂直。向心力只改变 速度的方向， 向心力不改变 速度的大小 。
理论探究
v
+
F
洛伦兹力总与速度方向垂直，不改变带电粒 子的速度大小，所以洛伦兹力不对带电粒子 做功。
由于粒子速度的大小不变，所以洛伦兹力大小也不 改变，加之洛伦兹力总与速度方向垂直，正好起到 了向心力的作用。
定半径R—— qvB=mv2/R R=mv/qB
(2)如何求tOP？ ∠OO′P=2 θ T=2 πm/qB ∴ θ=q B t / 2 m
t/T= θ/2π t/T= 2 θ/2π t= 2 θT/2π=2mθ/qB
或 ∠OO′P= 2 θ=SOP/R
O vB
θ
f 2 θ •P
O′
2 θ=SOP/R=vt/R= q B t / m ∴ θ=q B t / 2 m
例 1、匀强磁场中，有两个电子分别以速率v和2v沿垂 直于磁场方向运动，哪个电子先回到原来的出发点？
高中物理沪科版 选修第二册 洛伦兹力 课件2
B．Bv ，水平向左 D．B v ，垂直于纸面向外
3.(多选)如图所示为一个质量为m、带电荷量为＋q的圆环，可在水平放置 的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中．现 给圆环向右的初速度v0，在以后的运动过程中，圆环运动的速度图象可能 是下列图中的( AD )
一个带正电的微粒(重力不计)穿过如图所示的匀强磁场和匀强电场区域时， 恰能沿直线运动，则欲使微粒向下偏转时可采用什么方法？
阴极射线在磁场管加一向外的磁场，发现电子束运动轨迹向上偏转。
洛伦兹力
实验结论： 磁场对运动电荷有力的作用。 磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力。
洛伦兹力的方向
注意：电流方向与负电荷的定向移动方向相反。
左手定则
内容： 伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内; 让磁感线从掌心进入,并使四指指向正电荷运动的方向,这时拇指所指的 方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
一磁场束区电1域．子内如流必图须以所同初示时速存，在度有一一个v 匀磁从强感水电应平场强，方这度向个为射电场B入、的，场方为强向了大竖小使直和电方向子向上是流的( 经C匀过)强磁磁场场时， 不偏转(不计重力)，则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，这个
电场的场强大小和方向是( )
A．Bv ，竖直向上 C ．B v ，垂直于纸面向里
引入
我们知道，磁场对通电导线有作用力； 我们还知道，带电粒子的定向移动形成 了电流。那么，磁场对运动电荷有作用 力吗？如果有，力的方向和大小又是怎 样的呢？你知道漂亮的极光是怎么形成 的吗？
极光是来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球磁场迫使其中 一部分沿着磁场线集中到南北两极，当它们进入极地大于80千米 的高层大气时，与大气中的原子和分子碰撞并激发，从而释放能 量，同时产生光芒，形成围绕磁场的大圆圈，它是一种绚丽多彩 的发光现象。
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q
R=mv/qB，可见当v相同时，R∝ 所以可以用来区分 同位素，且R越大，比荷就越小，D错误.
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知识点1：回旋加速器 1.(2011·吉林高二检测)用回旋加速器来加速质子， 为了使质子获得的动能增加为原来的4倍，原则上可以 采用下列哪几种方法( ) A.将其磁感应强度增大为原来的2倍 B.将其磁感应强度增大为原来的4倍 C.将D形盒的半径增大为原来的2倍 D.将D形盒的半径增大为原来的4倍
25
【解析】选A、C.质子在回旋加速器中做圆周运动的半
径r=
m B
v q
故, 动能Ek=
q 2 B所2 r 2以, 要使动能变为原来的
2m
4倍，应将磁感应强度B或D形盒半径增为原来的2倍，
A、C对，B、D错.
26
2.1930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.离子由加速器的中心附近进入加速器 B.离子由加速器的边缘进入加速器 C.离子从磁场中获得能量 D.离子从电场中获得能量
27
【解析】选A、D.回旋加速器的两个D形盒间隙分布周 期性变化的电场，不断地给带电粒子加速使其获得能 量；而D形盒处分布匀强磁场，具有一定速度的带电 粒子在D形盒内受到洛伦兹力提供的向心力而做匀速 圆周运动；洛伦兹力不做功不能使离子获得能量，C错； 离子源在回旋加速器的中心附近，A、D对，B错.
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【自主解答】选A、B、C.由加速电场可知离子所受电 场力向下，即离子带正电，在速度选择器中，电场力 水平向右，洛伦兹力水平向左，如题图所示，因此速 度选择器中磁场方向垂直纸面向外，B正确；经过速度 选择器时满足qE=qvB，可知能通过狭缝P的带电离子 的 速率等于E/B，带电离子进入磁场m ,做匀速圆周运动则有
1
2
3
4
5
1.为什么不采用直接利用电场加速来获得高能粒子？ 提示：利用电场加速，由于受电源电压的限制，只能 获得能量并不是很高的粒子.如果采取多级加速，粒子 沿直线加速，实验装置必然做得非常长，这就给建造 带来很大的不便.所以在较小范围内获得较高能量的粒 子是很难通过电场直接加速实现的.
6
2.回旋加速器两端所加的交流电压的周期由什么决 定？ 提示：为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速， 使之能量不断提高，交流电压的周期必须等于带电粒 子在回旋加速器中做匀速圆周运动的周期即 T = 2 m .
qB
因此，交流电压的周期由带电粒子的质量m、带电量q 和加速器中的磁场的磁感应强度B来决定.
7
3.有同学说：“回旋加速器两D形电极间所加交变电压
越大，带电粒子最后获得的能量越高？”，你认为该
同学的说法正确吗？为什么？
提示：不正确.由qvB= m
v r
2
和Ek=m
2
,
当r=R时，有最大动能Ekm=q 2
B 2
2R m
2
(R为D形盒的半径)，
即粒子在回旋加速器中获得的最大动能与q、m、B、R
m
(3)回旋加速器所加交变电压的周期等于粒子做匀速圆 周运动的周期 T = 2 m .
qB
10
【自主解答】选A.由 r = m 得v ，当r=R时，质子有最大
qB
速度 v m = qBm即RB, 、R越大，vm越大，vm与加速电压无 关，A对、B错.随着质子速度v的增大、质量m会发生变 化，据 T = 2 知m 质子做圆周运动的周期也变化，所
qB
加交流电与其运动不再同步，即质子不可能一直被加 速下去，C错.由上面周期公式知α粒子与质子做圆周 运动的周期不同，故此装置不能用于加速α粒子，D错.
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1.从离子源产生的离子经电场加速后，由小孔进入一 个速度选择器后，再进入磁场，你知道速度选择器的 工作原理吗？
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提示：工作原理：如图所示，带电
有关，与加速电压无关.事实上，只要q、m、B、R一
定，加速电压越大，只是单次加速获得的动能越大，
但从全过程来看，粒子被加速的次数减少了，粒子获
得的最高能量不变.
8
【典例1】(2010·新四区高二检 测)一个用于加速质子的回旋加 速器，其核心部分如图所示，D 形盒半径为R，垂直D形盒底面的 匀强磁场的磁感应强度为B，两 盒分别与交流电源相连.下列说 法正确的是( )
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A.质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大 B.质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大 C.只要R足够大，质子的速度就可以被加速到任意值 D.不需要改变任何量，这个装置也能用于加速α粒子 【思路点拨】解答此题应明确以下三点： (1)回旋加速器电场和磁场的作用. (2)回旋加速器粒子获得的最大速度 v = q B R .
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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纸面向外 C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B D.离子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，离子的荷质比 越小 【思路点拨】解答本题应把握以下三点： (1)知道速度选择器的原理； (2)熟悉粒子在磁场中的偏转问题； (3)熟悉相关公式的建立与衔接.
粒子所受重力可忽略不计，粒子在
两板间同时受到电场力和洛伦兹力
作用，只有当二力平衡时，粒子才
不发生偏转，沿直线穿过两板间.
由qE=qvB得v=E , 只有满足v=E 的粒子才能从速度选
B
B
择器中被选择出来.
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2.速度选择器可以选择粒子的速度大小，能选择粒子 电性与比荷吗？ 提示：速度选择器只选择速度(大小、方向)而不能选 择粒子的质量和电量，若粒子从另一方向入射，则不 能穿出速度选择器.
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3.如果带电粒子的电荷相同而质量不同，它们经速度 选择器进入磁场后做圆周运动的半径相同吗？为什 么？ 提示：带电粒子经速度选择器以相同的速度进入磁 场，由半径公式 r = m可v 知q、v、B相同而m不同的粒
Bq
子，半径一定不同.
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【典例2】(2009·广东高考)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下方有强 度为B0的匀强磁场.下列表述正确的是( )
R=mv/qB，可见当v相同时，R∝ 所以可以用来区分 同位素，且R越大，比荷就越小，D错误.
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知识点1：回旋加速器 1.(2011·吉林高二检测)用回旋加速器来加速质子， 为了使质子获得的动能增加为原来的4倍，原则上可以 采用下列哪几种方法( ) A.将其磁感应强度增大为原来的2倍 B.将其磁感应强度增大为原来的4倍 C.将D形盒的半径增大为原来的2倍 D.将D形盒的半径增大为原来的4倍
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【解析】选A、C.质子在回旋加速器中做圆周运动的半
径r=
m B
v q
故, 动能Ek=
q 2 B所2 r 2以, 要使动能变为原来的
2m
4倍，应将磁感应强度B或D形盒半径增为原来的2倍，
A、C对，B、D错.
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2.1930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.离子由加速器的中心附近进入加速器 B.离子由加速器的边缘进入加速器 C.离子从磁场中获得能量 D.离子从电场中获得能量
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【解析】选A、D.回旋加速器的两个D形盒间隙分布周 期性变化的电场，不断地给带电粒子加速使其获得能 量；而D形盒处分布匀强磁场，具有一定速度的带电 粒子在D形盒内受到洛伦兹力提供的向心力而做匀速 圆周运动；洛伦兹力不做功不能使离子获得能量，C错； 离子源在回旋加速器的中心附近，A、D对，B错.
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【自主解答】选A、B、C.由加速电场可知离子所受电 场力向下，即离子带正电，在速度选择器中，电场力 水平向右，洛伦兹力水平向左，如题图所示，因此速 度选择器中磁场方向垂直纸面向外，B正确；经过速度 选择器时满足qE=qvB，可知能通过狭缝P的带电离子 的 速率等于E/B，带电离子进入磁场m ,做匀速圆周运动则有
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1.为什么不采用直接利用电场加速来获得高能粒子？ 提示：利用电场加速，由于受电源电压的限制，只能 获得能量并不是很高的粒子.如果采取多级加速，粒子 沿直线加速，实验装置必然做得非常长，这就给建造 带来很大的不便.所以在较小范围内获得较高能量的粒 子是很难通过电场直接加速实现的.
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2.回旋加速器两端所加的交流电压的周期由什么决 定？ 提示：为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速， 使之能量不断提高，交流电压的周期必须等于带电粒 子在回旋加速器中做匀速圆周运动的周期即 T = 2 m .
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因此，交流电压的周期由带电粒子的质量m、带电量q 和加速器中的磁场的磁感应强度B来决定.
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3.有同学说：“回旋加速器两D形电极间所加交变电压
越大，带电粒子最后获得的能量越高？”，你认为该
同学的说法正确吗？为什么？
提示：不正确.由qvB= m
v r
2
和Ek=m
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当r=R时，有最大动能Ekm=q 2
B 2
2R m
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(R为D形盒的半径)，
即粒子在回旋加速器中获得的最大动能与q、m、B、R
m
(3)回旋加速器所加交变电压的周期等于粒子做匀速圆 周运动的周期 T = 2 m .
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【自主解答】选A.由 r = m 得v ，当r=R时，质子有最大
qB
速度 v m = qBm即RB, 、R越大，vm越大，vm与加速电压无 关，A对、B错.随着质子速度v的增大、质量m会发生变 化，据 T = 2 知m 质子做圆周运动的周期也变化，所
qB
加交流电与其运动不再同步，即质子不可能一直被加 速下去，C错.由上面周期公式知α粒子与质子做圆周 运动的周期不同，故此装置不能用于加速α粒子，D错.
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1.从离子源产生的离子经电场加速后，由小孔进入一 个速度选择器后，再进入磁场，你知道速度选择器的 工作原理吗？
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提示：工作原理：如图所示，带电
有关，与加速电压无关.事实上，只要q、m、B、R一
定，加速电压越大，只是单次加速获得的动能越大，
但从全过程来看，粒子被加速的次数减少了，粒子获
得的最高能量不变.
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【典例1】(2010·新四区高二检 测)一个用于加速质子的回旋加 速器，其核心部分如图所示，D 形盒半径为R，垂直D形盒底面的 匀强磁场的磁感应强度为B，两 盒分别与交流电源相连.下列说 法正确的是( )
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A.质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大 B.质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大 C.只要R足够大，质子的速度就可以被加速到任意值 D.不需要改变任何量，这个装置也能用于加速α粒子 【思路点拨】解答此题应明确以下三点： (1)回旋加速器电场和磁场的作用. (2)回旋加速器粒子获得的最大速度 v = q B R .
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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纸面向外 C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B D.离子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，离子的荷质比 越小 【思路点拨】解答本题应把握以下三点： (1)知道速度选择器的原理； (2)熟悉粒子在磁场中的偏转问题； (3)熟悉相关公式的建立与衔接.
粒子所受重力可忽略不计，粒子在
两板间同时受到电场力和洛伦兹力
作用，只有当二力平衡时，粒子才
不发生偏转，沿直线穿过两板间.
由qE=qvB得v=E , 只有满足v=E 的粒子才能从速度选
B
B
择器中被选择出来.
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2.速度选择器可以选择粒子的速度大小，能选择粒子 电性与比荷吗？ 提示：速度选择器只选择速度(大小、方向)而不能选 择粒子的质量和电量，若粒子从另一方向入射，则不 能穿出速度选择器.
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3.如果带电粒子的电荷相同而质量不同，它们经速度 选择器进入磁场后做圆周运动的半径相同吗？为什 么？ 提示：带电粒子经速度选择器以相同的速度进入磁 场，由半径公式 r = m可v 知q、v、B相同而m不同的粒
Bq
子，半径一定不同.
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【典例2】(2009·广东高考)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下方有强 度为B0的匀强磁场.下列表述正确的是( )