粤教版选择性必修第二册1.4洛伦兹力与现代科技课件（59张PPT）

1.4洛伦兹力与现代科技洛伦兹（1853-1928）荷兰物理学家磁场对电流有力的作用吗?

电流是怎样形成的?

__________________________________由此想到：磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的力的宏观表现，也就是说磁场对运动电荷可能有力的作用.

安培力电荷的定向移动洛仑兹力的演示实验表明：阴极射线管（电子射线管）中的电子束在磁场中发生偏转，磁场对运动电荷确实存在作用力．洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力．通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的宏观表现．（2）方向：左手定则四指：正电荷运动方向（负电荷运动的反方向）拇指：洛伦兹力方向；磁感线：垂直穿过掌心。v························（1）定义：磁场对运动电荷的作用力。+ff正电荷受到的洛仑兹力方向与负电荷的相反！—v洛伦兹力不改变速度大小，只改变速度的方向。洛伦兹力对带电粒子始终不做功！洛伦兹力的特点1．洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于速度，即垂直于v和B所组成的平面．2．洛伦兹力对电荷不做功，只改变速度的方向，不改变速度的大小．f、v（正电荷）与B的方向关系示意Bfv1、下列各图中已经画出磁场方向和电荷的运动方向，请指出洛仑兹力的方向。f垂直纸面向外ff2、下列各图中已经画出磁场方向和洛仑兹力的方向，请画出电荷的运动方向。vv垂直纸面向内3、下列各图中已经画出磁场方向、电荷的运动方向和洛仑兹力的方向，请指出电荷的电性。

--4、下图中已经知道电荷的运动方向和洛仑兹力的方向，请指出磁铁的极性。

NSB5、如图所示，在一根电流方向向右的通电直电线的正下方有一个电子射线管与导线平行放置，则管内的电子射线将（）A．向上偏B．向下偏C．向纸内偏D．向纸外偏×××××××

f－vB洛仑兹力的大小推导推导原理：安培力可以看作是大量运动电荷所受洛仑兹力的合力的宏观表现洛仑兹力的大小问题讨论：1、在长L的体积内的电荷数为N=______,这些电荷完全通过截面积S的时间t=_______,n：单位体积内的电荷数S：导体截面积v：运动速度q:电荷的电量LS2、通过导线的电流强度I=________长度为L的导线所受的安培力F=_________3、电量为q,速度为v在垂直磁场(磁感应强度为B)中运动受到的洛仑兹力f=_______nLSL/vnSvqB（nSvq）LF/N=qvB洛伦兹力大小：－vf........①v与B垂直：②

v与B平行：－v③v与B成一定角度B+vvsin洛伦兹力与安培力的比较：－vf－vf－vf－vf－vf－vfIF安....................安培力是洛伦兹力的宏观表现洛伦兹力是安培力的微观本质安培力：洛伦兹力：1、两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一个匀强磁场，两粒子质量之比为1：4，电量之比为1：2，则两带电粒子受到洛仑兹力之比为（）

A．2：1

B．1：1C．1：2

D．1：4C2.当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管,若不计重力,则（）A．带电粒子速度大小改变B．带电粒子速度方向改变C．带电粒子速度大小不变D．带电粒子速度方向不变CDB3、有一匀强磁场，磁感应强度大小为1.2T，方向由南水平向北，现有一个质子沿竖直向下的方向进入磁场，磁场作用在质子上的力为9.6×10-14N，求质子射入时速度为多大？质子刚进入磁场时向哪个方向偏转？

vB向东俯视图：×f洛伦兹力应用之五大技术1.速度选择器2.质谱仪3.回旋加速器4.磁流体发电机5.电磁流量计1.速度选择器作用：选择某种速度的运动电荷测运动电荷的速度+v已知：B、E求：进入互相垂直的电磁场空间的带电粒子，

沿直线运动时的速度v应该为多大？（不计粒子重力）qEqvB思考：其他条件不变，把粒子改为负电荷，能通过吗？+vqEqvB速度选择器：1.速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关；2.带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。否则偏转而不能被选择。3.速度大于或者小于这个速度，带电粒子会分别向什么方向偏转？互相垂直的匀强磁场和匀强电场的磁感应强度和电场强度分别为B和E，一带电的粒子，以速度v1垂直射入，而以速度v2射出，则（）A.v1=E/B

v2＜v1

B.v1＞E/B,v2＜v1

C.v1＜E/B

v2＞v1D.v1＞E/B.v2＞v1

BCqvBEqqvBEq专题：带电粒子在匀强磁场中的运动分析

（仅受洛伦兹力情况）根据粒子的初速度v的入射方向分类讨论1.V与B平行（平行磁场入射）2.V与B垂直（垂直磁场入射）3.V与B成一定角度（一般方向入射）匀速直线运动f=0

+

B

v

1.V与B平行（平行磁场入射）V-F洛V-fV-fV-f2.V与B垂直（垂直磁场入射）洛伦兹力每时每刻都垂直于速度，只改变速度的方向，不改变速度的大小带电粒子做匀速圆周运动。亥姆霍兹线圈电子枪磁场强弱选择挡加速电压选择挡洛伦兹力演示器实验：+xxxxxF匀速圆周运动+

v

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

××

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

B

2.V与B垂直（垂直磁场入射）带电粒子运动轨迹的半径洛伦兹力提供向心力可见r与速度V、磁感应强度B、粒子的比荷有关带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动周期带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期有何特征？可见同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关-e2v................BT=2πm/eB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？两个电子同时回到原来的出发点运动周期和电子的速率无关轨道半径与粒子射入的速度成正比v-e两个电子轨道半径如何？一个带负电粒子（质量为m，带电量为q），以速率v在磁感应强度为B的匀强磁场中做逆时针圆周运动（沿着纸面），则该匀强磁场的方向为垂直于纸面向里还是向外？粒子运转所形成的环形电流的大小为多大？-m，qvF=qvB................B匀强磁场的方向为垂直于纸面向外I=q/tI=q/TT=2π（mv/qB）/vI=q/T=q2B/2πm2.质谱仪弗朗西斯·阿斯顿发明的质谱仪发现了大量非放射性元素的同位素被授予1922年诺贝尔化学奖。质谱仪：研究物质的同位素测定荷质比加速电场U互相垂直的匀强磁场B1和电场E（实质就是速度选择器）直线边界的匀强磁场B2vfr质谱线7072737476锗的质谱没有速度选择器可以测荷质比么？···············UqSS1xPB

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，离子源S产生的各种不同正离子束(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，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，可以判断()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，则离子的荷质比一定相同AD1．加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加。直线加速器+U+++3.加速器（回旋加速器）直线加速器（多级加速）如图所示是多级加速装置的原理图：3.加速器（回旋加速器）斯坦福大学的加速器多级直线加速器有什么缺点？直线加速器占有的空间范围大，有限的空间内制造直线加速器受到一定的限制。1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步．为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖．回旋加速器回旋加速器工作原理1、作用：产生高速运动的粒子2、原理用磁场控制轨道、用电场进行加速+-+-~vmUBR+-+-~vmUBR交变电压的周期（频率）等于粒子在磁场中运动的周期T（频率）Dvm=？UB解：当粒子从D形盒出口飞出时，粒子的运动半径=D形盒的半径RmqBRvm=带电粒子的最终能量

当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，带电粒子的最终动能：

所以，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．最终能量与加速电压无关问题5：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大，EK

就可以无限制增大呢?实际并非如此，用这种经典回旋加速器来加速粒子，最高能量只能达到20MeV。这是因为当粒子的速率达到接近光速时，按照相对论原理，粒子的质量将随速率增大而明显的增加，从而使粒子的回旋周期也随之变化，这破坏了加速器的同步条件。美国费米实验室加速器关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是：A、电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋B、电场和磁场同时用来加速带电粒子C、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由加速电压决定D、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由磁感应强度B决定和加速电压决定(A)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。平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等粒子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，AB两板间便产生电压。如果把AB和用电器连接，AB就是一个直流电源的两个电极。4.磁流体发电机发电机的原理从S极往N极看：+qvB+-进入磁场洛伦兹力偏转A、B板聚集电荷，两板形成电场（电场阻碍聚集）A、B板继续聚集电荷，直到电场力qE与磁场力qvB平衡A、B间有电压U=Ed，成为一个“电源”闭合开关K，就可以用电了已知：B、d、v求：两板的电动势UU=Bdv练习：如图所示是等离子体发电机的示意图，平行金属板间的匀强磁场的磁感应强度B=0.5T，两板间距离为20㎝，要使AB端的输出电压为220V，则等离子垂直射入磁场的速度为多少？

代入数据得v=2200m/s电流的方向如何？由