【物理】洛伦兹力的应用课件-2023-2024学年高中物理鲁科版选择性必修第二册

１.３洛伦兹力的应用显像管显像管是上一代电视机的核心部件。构造：电视机显像管由电子枪、偏转线圈和荧光屏三部分组成，如图所示。一、原理：阴极发射电子，经过偏转线圈（偏转线圈产生的磁场和电子运动的方向垂直），电子受洛伦兹力发生偏转，偏转后的电子打在荧光屏上，使荧光屏发光。（１）若要使电子束在水平方向上偏离中心，打在荧光屏上的A点，由左手定则可知偏转磁场应垂直于纸面向外。（２）如果要使电子束打在B点，磁场应垂直于纸面向里。二、扫描电视机显像管的偏转区有两对线圈，叫作偏转线圈，偏转线圈中通入大小、方向按一定规律变化的电流，分别在竖直方向和水平方向产生偏转磁场，其方向、强弱都在不断地变化，因此电子束打在荧光屏上的光点就如图示那样不断移动，这种电视技术叫作扫描。例题1、在电视机的显像管中，电子束的扫描是用磁偏转技术实现的，其扫描原理如图所示。圆形区域内的偏转磁场的方向垂直于圆面，而不加磁场时，电子束将通过O点并打在屏幕的中心M点。为了使屏幕上出现一条以M为中心的亮线PQ，偏转磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律应是（）显像管ACDBD质谱仪一、基本构造质谱仪是科学研究中用来分析同位素和测量带电粒子质量的精密仪器。质谱仪的基本构造如图所示，１带电粒子注入器，２加速电场，３速度选择器，４偏转磁场，５照相底片。二、工作原理如图所示，设飘入加速电场的带电粒子所带的电荷量为＋q，质量为m，加速电场两板间电压为U,粒子出加速电场后穿过速度选择器垂直进入磁感应强度为B2的偏转磁场。（1）在加速电场中，由动能定理得：粒子出加速电场时，速度为：（2）在偏转磁场中，由牛顿第二定律得：偏转距离解得质谱仪例题2、（多选）1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素的研究荣获了诺贝尔化学奖。若一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是（）AB质谱仪例题2、（多选）1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素的研究荣获了诺贝尔化学奖。若一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是（）A．根据粒子在匀强磁场中做圆周运动的轨迹，结合左手定则可以判断粒子带正电，故A正确；B．在速度选择器中，粒子做匀速直线运动，合力为0，粒子带正电，则洛伦兹力向上，电场力必向下，即上板P1带正电，故B正确；C．带电粒子在复合场中做直线运动，电场力与洛伦兹力平衡qvB1＝Eq，则

；故C错误。AB回旋加速器一、结构回旋加速器的结构如图所示，D1和D2是两个中空的半圆金属盒（D形盒），它们之间有一定的电势差U，磁场垂直穿过盒面。二、工作原理利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，如图所示。（1）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直于磁场方向进入匀强磁场时，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其中周期与速度和半径无关，使带电粒子每次进入D形盒中都能运动相等时间（半个周期）后，平行于电场进入电场中加速。回旋加速器（2）交流电压的作用:为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使其能量不断提高，要在狭缝处加一个周期与

相同的交流电压。根据

知，粒子运动的半径将增大，由周期公式可知，其运动周期与速度无关，即它运动半个周期后又到达狭缝，再次被加速，如此继续下去，带电粒子不断地被加速，在D形盒中做半径逐渐增大但周期不变的圆周运动。回旋加速器（3）带电粒子的最终能量由

得，当带电粒子得运动半径最大时，其速度也最大，若D形盒半径为R，则带电粒子得最终动能为：可见，要提高带电粒子得最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R.回旋加速器回旋加速器的五个基本问题一、同步问题二、粒子的最大动能三、回旋加速的次数四、粒子运动的时间五、回旋轨迹半径交流电频率粒子加速一次动能增加qU,故需要加速的次数时间为在磁场中的时间和电场中的时间之和在q,m和B一定时，R越大动能越大回旋加速器例题3、(多选）回旋加速器的原理示意图如图所示，两个中空、半径为R的D型金属盒置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中，在两盒的狭缝处接电压大小为U，方向做周期性变化的交流电，其周期为T。一初速度为0的带电粒子在两盒之间被电场加速，经多次回旋，达到最大动能Ek。不计粒子在电场中的运动时间，不考虑相对论效应。下列说法正确的是（）CD回旋加速器回旋加速器速度选择器如图所示，运动方向相同而速率不同的带正电粒子组成的粒子束射入相互正交的匀强电场和匀强磁场所组成的场区中，粒子所受重力可忽略不计。已知电场强度为E，方向向下；磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里。若粒子轨迹不发生偏折，必须满足平很条件：这样就通过速度选择器把满足的粒子从粒子束中选择出来了。速度选择器例题4、（2023•西城区二模）如图所示，速度选择器的两平行导体板之间有方向互相垂直的匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。一电荷量为+q的粒子以速度v从S点进入速度选择器后，恰能沿图中虚线通过。不计粒子重力，下列说法可能正确的是（）D磁流体发电机甲乙磁流体发电机原理如图甲所示。平面图为图乙所示，a、b为平行板电极，极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，让等离子体沿平行板电极从左向右高速射入，由于洛伦兹力的作用，正离子将向板上积累正电荷，在a板上积累负电荷，这样在两极板间就产生了电势差，形成了电场，场强方向从a指向b。带电粒子受到安培力FE和洛伦兹力FB的作用，只要FE≥FB，极板上就继续积累电荷，使得极板间的场强增大，直到FE=FB为止。此后带电粒子进入极板间就不在偏转，极板上不再累积电荷，极板间形成稳定的电势差。磁流体发电机设带点粒子的运动速度为v，带电量为q，磁场的磁感应强度B，极板间距离为d，极板间电压为U，根据：甲乙FEFBFB=FE，有由于外电路断开时，电源电动势的大小等于路端电压，故此磁流体发电机的电动势为：例题5、磁流体发电技术原理如图所示，已知等离子体射入的初速度为v0，匀强磁场磁感应强度大小为B，平行金属板A、B的长度为a、宽度为b、间距为L，金属板A、B的宽边外接阻值为R的定值电阻，稳定后，等离子体均匀分布在金属板A、B之间，且电阻率为ρ，不计离子的重力及离子间的相互作用。下列说法正确的是（）磁流体发电机C磁流体发电机电磁流量计如图甲、乙所示是电磁流量计的示意图，在非磁性材料做成的圆管道外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上a、b两点间的电势差U，就可以知道管中液体的流量Q（m3/s）——单位时间内流过管道某横截面的液体的体积。管壁上、下两侧堆积电荷不再增多时，a、b两点间的电势差达到稳定值U，此时洛伦兹力和电场力平衡，有：电磁流量计例题6、工业上常用电磁流量计来测量高黏度及强腐蚀性导电流体的流量Q（单位时间内流过管道横截面的液体体积）。其原理：如图所示，在非磁性材料做成的圆管处加一磁感应强度大小为B的匀强磁场，当导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上下M、N两点间的电势差U，就可计算出管中液体的流量。已知排污管道直径为10cm。在定标时测定，当MN点间外接电压表示数为1mV时，其流量约为280m3/h。下列说法正确的是（）D电磁流量计霍尔效应霍尔效应：外部磁场的洛伦兹力使运动的正电荷聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的负电荷，从而形成电场E，电场E对正电荷施加与洛伦兹力方向相反的电场力。当电场力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上、下两侧面之间就会形成稳定的电势差。霍尔电压UH的推导：霍尔效应例题7、如图所示，厚度为h和宽度为d的金属板，放在磁感应强度大小为B，方向垂直于前后面的匀强磁场中，当金属板内通过垂直于左右表面的电流时，在金属板的上表面A和下表面A'之间会产生一定的电势差UH，这种现象称为霍尔效应。已知电流大小为I，该金属板单位体积内自由电子的个数为n。下列说法正确的是（）A．仅减小d能增大UH

B．仅减小h能增大UH

C．下表面A'的电势低于上表面A的电势

D．测量某空间的磁场时，UH不受金属板摆放方向的影响A霍尔效应带电粒子在复合场中的运动一、复合场：一般有磁场、电场的复合；磁场、重力场的复合；磁场、电场、重力场三者的复合。二、复合场中是否考虑粒子重力的三种情况（1）对电子、质子、离子等因为其重力与所受电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等，一般应考虑重力。（2）在题目中有明确说明是否要考虑重力。（3）不能直接判断是否要考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时要由分析结果