鲁科版选修31 6.3洛伦兹力的应用 课件（38张）.pptx

第3节洛伦兹力的应用 读一读 思一思 辨一辨 议一议 一 带电粒子在磁场中的运动阅读教材第125 127页 带电粒子在磁场中的运动 部分 知道带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律 1 为什么垂直射入匀强磁场中的运动电荷受到的洛伦兹力只改变粒子的运动方向 答案 运动电荷受到的洛伦兹力不仅与磁感应强度方向垂直 而且与速度方向垂直 这表明 洛伦兹力对粒子不做功 它不改变粒子的速率 只改变粒子的运动方向 2 带电粒子垂直射入匀强磁场中做匀速圆周运动 什么力提供向心力 答案 洛伦兹力提供向心力 即3 带电粒子做圆周运动的半径和周期大小如何 答案 读一读 思一思 辨一辨 议一议 二 回旋加速器和质谱仪阅读教材第129 132页 回旋加速器和质谱仪 部分 知道回旋加速器 质谱仪的原理以及基本用途 1 回旋加速器主要由哪几部分组成 回旋加速器中的磁场和电场分别起什么作用 答案 回旋加速器主要由两个d形盒以及垂直于d形盒的磁场和两d形盒缝隙间的交流电源组成 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 加d形盒缝间的交流电源 对其周期有什么要求 答案 交流电源的周期等于带电粒子在磁场中运动的周期 读一读 思一思 辨一辨 议一议 3 带电粒子被回旋加速器加速后的最大动能是由什么因素决定的 答案 由知 带电粒子被加速后的最大速度v由b r两因素决定 所以带电粒子被加速后的最大动能也是由b r两因素决定 4 带电粒子在质谱仪中的运动可分为几个阶段 每个阶段各遵循什么运动规律 答案 可分为三个阶段 先加速 再通过速度选择器 最后在磁场中偏转 读一读 思一思 辨一辨 议一议 5 带电粒子通过速度选择器的条件是什么 答案 电场力和洛伦兹力平衡 粒子做匀速直线运动 速度6 质谱仪有哪些应用 答案 可以测定带电粒子的质量和分析同位素 读一读 思一思 辨一辨 议一议 1 思考辨析 1 速度越大 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期越大 解析 根据可知 周期大小与速度无关 答案 2 比荷不同的带电粒子通过速度选择器的速度不同 解析 通过速度选择器的速度大小与磁场和电场有关 与比荷无关 答案 3 回旋加速器的加速电压越大 带电粒子获得的最大动能越大 解析 带电粒子最大动能与加速电压无关 答案 读一读 思一思 辨一辨 议一议 4 回旋加速器交流电的周期等于带电粒子圆周运动周期的一半 解析 回旋加速器交流电的周期等于带电粒子圆周运动周期 答案 5 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 解析 利用质谱仪可以测定带电粒子的质量和分析同位素 答案 读一读 思一思 辨一辨 议一议 2 探究讨论 1 随着粒子速度的增加 缝隙处电势差的高低改变是否越来越快 以便能使粒子在缝隙处刚好被加速 为什么 答案 虽然粒子每经过一次加速 其速度和轨道半径就增大 但是粒子做圆周运动的周期不变 所以电势差的高低改变频率保持不变就行 读一读 思一思 辨一辨 议一议 2 带电粒子离开回旋加速器时的最大动能为什么与加速电压无关 答案 这是因为加速电压低 粒子会在d形盒中转过更多的圈数 被加速的次数更多 但最后射出时的最大半径仍为r 如果加速电压高 粒子在磁场中转过的圈数会减少 被加速的次数也会减少 最后射出时的最大半径还是r 即最大动能与加速电压无关 电场的频率应与粒子圆周运动的频率相等 频率 在q m b一定的情况下 电场的频率也是确定值 3 什么样的粒子打在质谱仪显示屏上的位置会不同 位置的分布有什么规律 答案 速度相同 比荷不同的粒子打在质谱仪显示屏上的位置不同 根据 可见粒子比荷越大 偏转半径越小 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 带电粒子在匀强磁场中的圆周运动右图是在液氢气泡室中拍摄的带电粒子的径迹 当带电粒子通过液氢时 在液氢中产生的气泡 形成可看得见的踪迹 如果有磁场存在 电子的径迹弯曲成螺旋形 怎样解释这一径迹的形成原因呢 气泡室中粒子径迹 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 要点提示 带电粒子在磁场中受洛伦兹力 洛伦兹力与带电粒子运动的方向垂直 带电粒子做圆周运动 由于粒子能量的减少 其运动速度减小 引起其运动半径减小 故带电粒子的径迹为弯曲螺旋状 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 2 分析思路和方法 1 圆心的确定带电粒子垂直进入磁场后 一定做圆周运动 其速度方向一定沿圆周的切线方向 因此圆心的位置必是两速度方向垂线的交点或某一速度方向的垂线与圆周上两点连线中垂线的交点 方向如图所示 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 2 运动半径大小的确定一般先作入射点 出射点对应的半径 并作出相应的辅助三角形 然后利用三角函数求出半径的大小 3 运动时间的确定 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 4 圆心角的确定 带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向间的夹角 叫偏向角 偏向角等于圆心角 即 如图 某段圆弧所对应的圆心角是这段圆弧弦切角的二倍 即 2 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题1 如图所示 在xoy平面内 y 0的区域有垂直于xoy平面向里的匀强磁场 磁感应强度为b 一质量为m 电荷量大小为q的粒子从原点o沿与x轴正方向成60 角方向以v0射入 粒子的重力不计 求带电粒子在磁场中运动的时间和带电粒子离开磁场时的位置 思考问题 带电粒子垂直进入匀强磁场中受力情况怎样 做什么运动 答案 只受洛伦兹力 做匀速圆周运动 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 归纳总结带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的解题方法 三步法 1 画轨迹 即确定圆心 几何方法求半径并画出轨迹 2 找联系 轨道半径与磁感应强度 运动速度相联系 偏转角度与圆心角 运动时间相联系 在磁场中运动的时间与周期相联系 3 用规律 即牛顿第二定律和圆周运动的规律 特别是周期公式 半径公式 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 回旋加速器的原理和应用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27km 图中的大圆 为什么加速器需要那么大的周长呢 位于法国和瑞士边界的欧洲核子研究中心 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 交变电流的周期与粒子做圆周运动的周期相同 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题2 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形金属盒 两盒分别和一高频交流电源两极相接 以便在盒内的窄缝中形成匀强电场 使粒子每次穿过狭缝时都得到加速 两盒放在磁感应强度为b的匀强磁场中 磁场方向垂直于盒底面 粒子源置于盒的圆心附近 若粒子源射出的粒子电荷量为q 质量为m 粒子最大回旋半径为rmax 求 1 粒子在盒内做何种运动 2 所加交变电流频率及粒子角速度 3 粒子离开加速器时的最大速度及最大动能 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 归纳总结 1 洛伦兹力永远不做功 磁场的作用是让带电粒子 转圈圈 电场的作用是加速带电粒子 2 两d形盒窄缝所加的是与带电粒子做匀速圆周运动周期相同的交变电流 且粒子每次过窄缝时均为加速 每旋转一周被加速两次 3 粒子射出时的最大速度 动能 由磁感应强度和d形盒的半径决定 与加速电压无关 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 质谱仪的工作原理和应用质谱仪的构造如图所示 离子从离子源出来经过板间电压为u的加速电场后进入磁感应强度为b的匀强磁场中 沿着半圆周运动到达记录它的照相底片上 测得图中pq的距离为l 则该粒子的比荷为多大 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 1 构造 如图所示 由粒子源 加速电场 偏转磁场和照相底片等构成 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题3 某质谱仪的原理如图所示 a为粒子加速器 电压为u1 b为速度选择器 磁场与电场正交 磁感应强度为b1 板间距离为d c为偏转分离器 磁感应强度为b2 今有一质量为m 电荷量为e的正电子 不计重力 经加速后 该粒子恰能通过速度选择器 粒子进入分离器后做半径为r的匀速圆周运动 求 1 粒子的速度v为多少 2 速度选择器的电压u2为多少 3 粒子在b2磁场中做匀速圆周运动的半径r为多大 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 归纳总结 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 探究三 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 4 1 带电粒子在磁场中的圆周运动 处于匀强磁场中的一个带电粒子 仅在磁场力作用下做匀速圆周运动 将该粒子的运动等效为环形电流 那么此电流值 a 与粒子电荷量成正比b 与粒子速率成正比c 与粒子质量成正比d 与磁感应强度成正比 探究三 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 4 2 带电粒子在磁场中的圆周运动 如图所示 在第 象限内有垂直纸面向里的匀强磁场 一对正 负电子分别以相同速率沿与x轴成30 角的方向从原点射入磁场 则正 负电子在磁场中运动的时间之比为 a 1 2b 2 1c d 1 1 探究三 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 4 解析 正 负电子在磁场中运动轨迹如图所示 正电子做匀速圆周运动在磁场中的部分对应圆心角为120 负电子圆周部分所对应圆心角为60 故时间之比为2 1 答案 b 探究三 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 4 3 回旋加速器 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面的匀强磁场中 如图所示 要增大带电粒子射出时的动能 下列