物理63陈名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

洛伦兹力的应用第1页(一)复习引入：1、磁场对运动电荷作用力,叫做洛仑兹力.2、洛伦兹力与安培力关系：

安培力是洛伦兹力宏观表现。洛伦兹力是安培力微观本质。第2页

F=qVB(V⊥B）

F=0(V∥B）当V与B成一角度θ时，F=qVBsinθ

4大小:B

Fv3方向：左手定则第3页

（二）新课教学假如带电粒子射入匀强磁场时，初速度跟磁场方向垂直（如图所表示），粒子在洛仑兹力作用下将做什么运动？带电粒子在磁场中运动情况推测：垂直射入匀强磁场中运动电荷受到洛伦兹力不但与磁感应强度方向垂直，而且跟速度方向垂直．这就表明，洛伦兹力不对粒子做功，它不改变粒子速率，只改变速度方向．由此推测：运动电荷垂直射入磁场后，在磁场中可能做匀速圆周运动．第4页2．试验探究:洛伦兹力演示仪工作原理：由电子枪发出电子射线能够使管低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子径迹。两个平行通电环形线圈可产生沿轴线方向匀强磁场第5页带电粒子在磁场中运动观察：运动电荷在磁场中轨迹2．试验探究洛仑兹力演示仪第6页带电粒子在磁场中运动观察：运动电荷在磁场中轨迹学生观察：1、没有加磁场时或当带电粒子运动方向与磁场方向相同时，做直线运动。2、当带电粒子运动方向与磁场方向垂直时，做匀速圆周运动3、当带电粒子运动方向与磁场方向成某一夹角时，做螺旋运动。2．试验探究洛仑兹力演示仪第7页vB第8页3、带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动vB一带电粒子质量为m，电荷量为q，速率为v，匀强磁场磁感应强度为B，其中v与B垂直。（1）带电粒子受到洛伦兹力（2）带电粒子做圆周运动轨道半径（3）带电粒子做圆周运动周期周期T大小与带电粒子在磁场中运动速率和半径无关。第9页

例

如图

3－6－2所表示，匀强磁场磁感应强度为B＝0.2T，方向垂直纸面向里．在磁场中P点引入一个质量为m=

2.0×10－8kg、带电荷量为q＝5×10－6C正粒子，以v＝10m

/s速度垂直于磁场方向开始运动，运动方向如图所表示，不计粒子重力，磁场范围足够大．

(1)请在图上大致画出粒子做匀速圆周运动轨迹．

(2)粒子做匀速圆周运动半径和周期为多大？图3－6－2图3－6－3第10页

解：(1)由左手定则可知，正粒子在匀强磁场中应向P点上方偏，轨迹如图3－6－3.(2)由r＝mvqB得r＝0.2m2πm qB由T＝得T＝0.126s.第11页C．A带负电，B带正电，qA＝【触类旁通】

1．两个质量相等带电粒子在同一匀速磁场中运动，磁场方向垂直纸面向外，如图3－6－4所表示，若半径RA∶RB＝1∶2，速度vA＝vB，则()A．A带正电，B带负电，qA＝qB

2B．A带正电，B带负电，qA＝2qB

qB

2D．A带负电，B带正电，qA＝2qB图3－6－4第12页带负电；由R＝

解析：粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，洛伦兹力提供向心力，一定指向圆心，由左手定则可判断，A带正电，Bmv

qB，mA＝mB，vA＝vB，可得qA∶qB＝RB∶RA＝2∶1，即qA＝2qB，B正确．

答案：B第13页一、质谱仪1、质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素主要工具2、基本原理将质量不等、电荷数相等带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场，因为粒子动量不一样，引发轨迹半径不一样而分开，进而分析某元素中所含同位素种类3、推导第14页1．加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子动能增加，qU=Ek．2．直线加速器，多级加速如图所表示是多级加速装置原理图：二、加速器（一）、直线加速器第15页由动能定理得带电粒子经n极电场加速后增加动能为：

3．直线加速器占有空间范围大，在有限空间范围内制造直线加速器受到一定限制．第16页（二）、盘旋加速器V0V1V2V3V4V51、带电粒子在两D形盒中盘旋周

期等于两盒狭缝之间高频电场

改变周期，粒子每经过一个

周期，被电场加速二次2、将带电粒子在狭缝之间运动首尾连接起

来是一个初速度为零匀加速直线运动3、带电粒子每经电场加速一次，盘旋半径就增大一次，

每次增加动能为全部各次半径之比为：4、对于同一盘旋加速器，其粒子盘旋最大半径是相同。5、盘旋加速器出现，使人类在取得含有较高能量粒子方面前进了一

大步，了解其它类型加速器：直线加速器、同时加速器、电子感应加速器、串列加速器、电子对撞机等第17页小结：盘旋加速器利用两D形盒窄缝间电场使带电粒子加速，利用D形盒内磁场使带电粒子偏转，带电粒子所能取得最终能量与B和R相关，与U无关．第18页例1：关于盘旋加速器中电场和磁场作用叙述，正确是()A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功C、只有电场能对带电粒子起加速作用D、磁场作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动CD第19页···············UqSS1xPB例2：质谱仪是一个测定带电粒子质量和分析同位素主要工具，它结构原理如图，离子源S产生各种不一样正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，抵达统计它摄影底片P上，设离子在P上位置到入口处S1距离为x，能够判断()A、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大B、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小C、只要x相同，则离子质量一定相同D、只要x相同，则离子荷质比一定相同AD第20页1212例3：串列加速器是用来产生高能离子装置。图中虚线框内为其主体原理示意图，其中加速管中部b处有很高正电势U，a、c两端都有电极接地（电势为零）。现将速度很低负一价碳离子从a端输入，当离子抵达ｂ处时，可被设在ｂ处特殊装置将其电子剥离，成为n价正离子，而不改变其速度大小。这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂直、磁感应强度为B匀强磁场中，在磁场中做半径为R圆周运动。已知碳离子质量为m=2.0×10-26kg，U=7.5×105V，B=0.50T，n=2，基元电荷e=1.6×10-19C，求R。

=0.75m]

abc加速管加速管abC

加速管

加速管第21页1212解：设碳离子抵达b处时速度为v1，从c端射出时速度为v2，由能量关系得：

mv12/2=eU，

mv22/2=mv12/2+neU，

进入磁场后，碳离子做圆周运动，

R=mv2/Bne，得

=0.75m]

abc加速管加速管abC

加速管

加速管第22页三.速度选择器在电、磁场中，若不计重力，则：1.速度选择器只选择速度，与电荷正负无关；2.注意电场和磁场方向搭配。第23页速度选择器：（1）任何一个正交匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。（2）带电粒子必须以唯一确定速度（包含大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）经过速度选择器。不然将发生偏转。即有确定入口和出口。（3）这个结论与粒子带何种电荷、电荷多少都无关。＋＋＋＋＋＋＋－－－－―――v若速度小于这一速度，电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大，粒子轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂曲线；若大于这一速度，将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。第24页练习:在两平行金属板间有正交匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子垂直于电场和磁场方向射入场中，射出时粒子动能降低了，为了使粒子射出时动能增加，在不计重力情况下，可采取方法是：A.增大粒子射入时速度B.减小磁场磁感应强度C.增大电场电场强度D.改变粒子带电性质BC第25页四.磁流体发电机等离子体——即高温下电离气体，含有大量带正电荷和负电荷微粒，总体是电中性。第26页磁流体发电机abLvBREq=Bqv电动势：E’=Ea电流：I=E’/（R+r）r=？流体为：等离子束目：发电第27页五、电磁流量计Bqv=Eq=qu/d得v=U/Bd流量：Q=Sv=dU/4B流体为：导电液体目：测流量d··ba×××××××××××××××导电液体若管道为其它形状,如矩形呢?第28页霍尔效应Eq=BqvI=nqvS

U=Eh（U=E’）流体为：定向移动电荷是一个现象hdBIAA’第29页例6：图为一个取得高能粒子装置。环行区域内存在垂直纸面向外、大小可调整均匀磁场。质量为m，电量为+q粒子在环中做半径为R圆周运动。A、B为两块中心开有小孔极板。原来电势都为零，每当粒子飞经A板时，A板电势升高为+U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间电场中得到加速。每当粒子离开B板时，A板电势又降为零。粒子在电场中一次次加速下动能不停增大，而半径不变。（1）t=0时粒子静止在A板小孔处，在电场力作用下加速，并绕行第一圈。求

粒子绕行n圈回到A板时取得总动能EK总（2）为使粒子一直保持在半径为R圆轨道上运动，求粒子绕行第n圈时磁

感应强度Bn（3）求粒子绕行n圈所需总时间tn（设极板间距远小于R）AA+UB0BO+U第30页例3：电视机显像管中，电子束偏转是用磁偏转技术实现。电子束经过电压为U加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所表示。磁场方向垂直于圆面。磁场区中心为O，半径为r。当不加磁场时，电子束将经过O点而打到屏幕中心M点。为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子束偏转