高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第四节 洛伦兹力与现代技术授课课件ppt

这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第四节 洛伦兹力与现代技术授课课件ppt，共57页。PPT课件主要包含了课前·自主预习，回旋加速器，周期性变化，匀速圆，运动方向，微思考，答案C，质谱仪，同位素，答案ABC等内容，欢迎下载使用。

1．电场的特点及作用特点：两个D形盒之间的窄缝区域存在着______________的电场．作用：带电粒子经过该区域时被__________．2．磁场的特点及作用
特点：D形盒处于与盒面垂直的______磁场中．作用：带电粒子在洛伦兹力的作用下做_______ ____运动，从而改变____________，________周期后再次进入电场．
如何加速带电微粒？回旋加速器的作用是什么？【答案】加速带电微粒可以用直线加速和回旋加速两种方式；回旋加速器的作用是不断通过电场加速使带电微粒获得相当大的速率．
回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是(　　)A．减小磁场的磁感应强度B．增大匀强电场间的加速电压C．增大D形金属盒的半径D．减小狭缝间的距离
1．用途：测量带电粒子的_______和分析_________的重要工具．2．运动过程
3．分析：如图所示，根据带电粒子在磁场中做圆周运动的_______大小，就可以判断带电粒子比荷的大小，如果测出半径且已知电荷量，就可求出带电粒子的________．
据报道，波罗的海地区发现空气中的放射性同位素水平升高，这些放射性同位素的量很小，仅能在实验室条件下检测出．同一种元素，即有相同的原子序数，而质量数不同的原子或原子核互相称为同位素．互为同位素的原子核在质谱仪中半径越大，质量就越大吗？【答案】互为同位素的原子核在质谱仪中半径越大，质量就越大．
(多选)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下方有磁感应强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是(　　)
例1　(多选)用如图所示的回旋加速器来加速质子，为了使质子获得的最大动能增加为原来的4倍，可采用的方法是(　　)A．将其磁感应强度增大为原来的2倍B．将D形金属盒的半径增大为原来的2倍C．将两D形金属盒间的加速电压增大为原来的4倍D．将加速电压增大为原来的2倍
变式1　(多选)1932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．质子被加速后的最大速度不可能超过2πfRC．离子从磁场中获得能量D．离子从电场中获得能量
(1)带电粒子在电场中的加速时间可以忽略不计，因为两个D形盒之间的缝隙很小，加速效果取决于加速电压，与缝隙宽度无关．(2)回旋加速器也不可能将粒子速度无限提高，当粒子的速度可与光速相比拟时，相对论效应就会显现，粒子的质量、运动周期都会发生变化，导致电场变化频率与粒子运动频率不同步，此时回旋加速器失去工作的条件．
(1)回旋加速器所加高频交流电压的周期等于粒子圆周运动的周期且不随粒子半径的变化而变化．(2)粒子的最终能量与加速电压的大小无关，由磁感应强度B和D形盒的半径决定．
1．质谱仪构造如图所示，质谱仪主要由以下几部分组成：①带电粒子注入器；②加速电场(U)；③速度选择器(B1，E)；④偏转磁场(B2)；⑤照相底片．
例2　(多选)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．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C．只要x相同，则离子的质量一定相同D．只要x相同，则离子的比荷一定相同【答案】AD
变式2　(多选)1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖．若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是(　　)A．该束粒子带负电B．速度选择器的P1极板带正电
C．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷越小
质谱仪的工作原理是将质量数不等、电荷数相等的不同带电粒子，经同一电场加速后再经速度选择器进入同一磁场偏转，由于粒子质量不同导致轨道半径不同而达到分离不等质量粒子的目的． 解答此类问题要做到：(1)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．
1．电磁场在科学技术中的应用主要有两类，一类是利用电磁场的变化将其他信号转化为电信号，进而达到转化信息或自动控制的目的；另一类是利用电磁场对电荷或电流的作用，来控制其运动，使其平衡、加速、偏转或转动，已达到预定的目的．例如：
2．解决电磁场科学技术问题的一般过程
例3　(多选)随着人民生活水平的提高，环境保护越来越受到重视．如图所示为污水监测仪的核心部分，两块宽度为b的矩形金属极板平行正对置于排液口的上下表面，排液口侧面厚度为d，有一垂直于侧面向里的磁感应强度为B的匀强磁场．已知污水中含有大量的带电荷量为q的正离子，当污水水流的速度为v时，在导体的上下表面间用电压表测得的电压为UH，则下列判断正确的是(　　)
A．液体内离子只受洛伦兹力作用B．用电压表测UH时，电压表的“＋”接线柱接下表面C．厚度d越大，UH越大D．根据两极板间的电压值可以测出污水的流速【答案】CD
1．如图所示，由两种比荷不同的离子组成的离子束，从静止经电场加速后，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B两束．离子的重力不计，下列说法中正确的有(　　)A．两束离子的加速电压相同B．组成A束和B束的离子质量一定相同C．A束离子的比荷大于B束离子的比荷D．A束离子的动能大于B束离子的动能【答案】C
2．某实验室中有一种污水流量计，其原理可以简化为如图所示模型：废液内含有大量正、负离子，从直径为d的圆柱形容器右侧流入，左侧流出，空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场．已知流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积．下列说法正确的是(　　)
A．负离子所受洛伦兹力方向由M指向NB．M点的电势高于N点的电势C．污水流量计也可以用于测量不带电液体的流速D．只需要测量M、N两点间电压就能够推算废液的流量【答案】D
3．(多选)回旋加速器由两个D形盒D1、D2构成，D1、D2上加有垂直于表面的磁场，D1、D2间的空隙内加有交变电场，下列说法正确的是(　　)
A．带电粒子从回旋加速器的电场中获得能量B．回旋加速器中的电场和磁场交替对带电粒子做功C．带电粒子获得的最大速度与加速器的半径有关D．带电粒子获得的最大速度与所加磁场的强弱无关
4．(多选)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能．如图是它的示意图：平行金属板M、N之间有一个很强的磁场，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负离子)喷入磁场，M、N两板间便产生电压．如果把M、N和用电器R连接，M、N就是直流电源的两个电极．设M、N两板间的距离为d，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于磁场的方向射入M、N两板之间，则下列说法中正确的是(　　)
A．M是直流电源的正极B．N是直流电源的正极C．电源的电动势为BdvD．电源的电动势为qvB【答案】BC
5．(多选)环形对撞机是研究高能离子的重要装置，如图所示正、负离子由静止经过电压为U的直线加速器加速后，沿圆环切线方向注入对撞机的真空环状空腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B．(两种带电离子将被局限在环状空腔内，沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动，从而在碰撞区迎面相撞)为维持带电离子在环状空腔中的匀速圆周运动，下列说法正确的是(　　)
6．一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(　　)
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
7．回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒的交流电压为U，静止质子经电场加速后，进入D形盒，其最大轨道半径为R，磁场的磁感应强度为B，质子质量为m.求：(1)质子最初进入D形盒的动能为多大？(2)质子经回旋加速器最后得到的动能为多大？(3)交流电源的频率是多少？解：(1)粒子在电场中加速，由动能定理得eU＝Ek－0，解得Ek＝eU.