高中物理4 洛伦兹力的应用授课ppt课件

这是一份高中物理4 洛伦兹力的应用授课ppt课件，共48页。

必备知识·自主预习储备
知识点一　利用磁场控制带电粒子运动1．特点：只改变带电粒子的________，不改变带电粒子的________。2．应用：早期电视机显像管利用随电视信号变化的____控制电子束的运动路径。
体验1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)显像管中偏转线圈中的电流恒定不变时，电子打在荧光屏上的光点是不动的。( )(2)电视显像管中电子的偏转是因为电场力的作用。( )
提醒　比荷相同的粒子经相同加速电场加速后再进入相同偏转磁场偏转，打到感光底片的位置是相同的。体验2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)利用质谱仪可以测得带电粒子的比荷。( )
知识点三　回旋加速器1．工作原理如图所示，D1和D2是两个中空的半圆金属盒，它们之间有一定的电势差U。A处的粒子源产生的带电粒子在两盒之间被电场加速。D1、D2处于与盒面垂直的匀强磁场B中，粒子在磁场中做匀速圆周运动。经半个圆周(半个周期)后，当粒子再次到达两盒间的缝隙时，这时控制两盒间电势差，使其恰好改变正负，于是粒子在盒缝间再次被加速。如果粒子每次通过盒间缝隙均能被加速，粒子速度就能够增加到很大。
2．周期粒子每经过一次加速，其轨道半径就增大一些，但粒子做圆周运动的周期____。3．加速条件带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和________的周期相同。4．最大速度vm＝__________(其中R为D形盒的半径)
思考　电场电压不同会不会影响最大动能？会影响运动时间吗？提示：不会　会
体验4：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)利用回旋加速器加速带电粒子，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R。( )(2)回旋加速器工作时，电场必须是周期性变化的。( )(3)回旋加速器中，磁场的作用是改变粒子速度的方向，便于多次加速。( )
关键能力·情境探究达成
1．一束质量、速度和电荷量不同的正离子垂直地射入匀强磁场和匀强电场正交的区域，结果发现有些离子保持原来的运动方向，未发生任何偏转，它们速度有什么特点？2．如果让这些不偏转离子进入另一匀强磁场中，发现这些离子又分裂成几束，对这些进入另一磁场的离子，它们的比荷是否相同？提示：1．相等　2．不同
考点1　质谱仪1．电场和磁场都能对带电粒子施加影响，电场既能使带电粒子加速，又能使带电粒子偏转；磁场虽不能使带电粒子速率变化，但能使带电粒子发生偏转。2．质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量及轨道半径确定其质量的仪器，叫作质谱仪。
【典例1】　质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看成零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x。
[跟进训练]1．(多选)质谱仪的原理如图所示，虚线AD上方区域处在垂直纸面向外的匀强磁场中，C、D处有一荧光屏。同位素离子源产生a、b两种电荷量相同的离子，无初速度进入加速电场，经同一电压加速后，垂直进入磁场，a离子恰好打在荧光屏C点，b离子恰好打在D点。离子重力不计。则(　　)A．a离子质量比b的大B．a离子质量比b的小C．a离子在磁场中的运动时间比b的短D．a、b离子在磁场中的运动时间相等
2．电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的狭缝区域存在周期性变化的且垂直于两个D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。根据动能定理：qU＝ΔEk。3．交变电压的作用：为保证粒子每次经过狭缝时都被加速，使之能量不断提高，需在狭缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压。
【典例2】　(多选)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，如图所示。设D形盒半径为R，若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f，则下列说法正确的是(　　)A．质子被加速后的最大速度不可能超过2πfRB．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子
思路点拨：(1)粒子通过电场加速，但粒子最终获得的速度与电场无关。(2)粒子在磁场中做圆周运动的周期等于交变电压的周期。
[跟进训练]2．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Ek为多大？[解析]　质子在电场中加速，由动能定理得eU＝Ek－0解得Ek＝eU。[答案]　eU　
学习效果·随堂评估自测
1．1932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．被加速的粒子从磁场中获得能量B．被加速的粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大C．只增加狭缝间的加速电压，被加速粒子离开加速器时的动能增加D．想要粒子获得的最大动能增大，可增大D形盒的半径
2．回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是与电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，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，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，下列说法正确的是(　　)A．增大电场的加速电压，其他保持不变B．减少磁场的磁感应强度，其他保持不变C．减小狭缝间的距离，其他保持不变D．增大D形金属盒的半径，其他保持不变
3．如图所示，在容器A中有同一种元素的两种同位素正粒子，它们的初速度几乎为0，粒子可从容器A下方的小孔S1飘入加速电场，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场中，最后第一种同位素粒子打到照相底片D上的M点，第二种同位素粒子打到照相底片D上的N点。不计同位素粒子重力。量出M点、N点到S3的距离分别为x1、x2，则第一种与第二种同位素粒子在磁场中运动的时间之比为(　　)
4．如图所示，在xOy直角坐标系中，第Ⅰ象限内分布着方向垂直纸面向里的匀强磁场，初速度为零、带电量为q、质量为m的离子(重力不计)经过电压为U的电场加速后，从x轴上的A点垂直x轴进入磁场区域，经磁场偏转后垂直y轴过y轴上的P点。已知OA＝OP＝d。求：