高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第四节 洛伦兹力与现代技术图片ppt课件

这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第四节 洛伦兹力与现代技术图片ppt课件，共52页。PPT课件主要包含了匀速圆周，向心力，答案D等内容，欢迎下载使用。
1．下图中带电粒子所受洛伦兹力的方向向上的是(　　)　A　　　　　　B　　　　　C　　　　　D【答案】A
【解析】A图中带电粒子受力方向向上；B图中带电粒子受力方向向外；C图中带电粒子受力方向向左；D图中带电粒子受力方向向里．
2．初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初速度如图所示(　　)A．电子将向右偏转，速率不变B．电子将向左偏转，速率改变C．电子将向左偏转，速率不变D．电子将向右偏转，速率改变【答案】A
【解析】本题考查洛伦兹力及是否对带电粒子做功，只要明确了电子所处的磁场方向即可根据左手定则判断出偏转方向．根据以上分析，导线右方由安培定则知磁场方向垂直纸面向里；由左手定则可知，洛伦兹力向右，所以电子向右偏转，洛伦兹力只改变速度方向，不改变速度大小．
一、带电粒子在磁场中的运动1．运动轨迹(1)匀速直线运动：带电粒子的速度方向与磁场方向平行(相同或相反)，此时带电粒子所受洛伦兹力为____，粒子将以速度v做匀速直线运动．(2)匀速圆周运动：带电粒子垂直射入匀强磁场，由于洛伦兹力始终和运动方向垂直，因此，带电粒子速度大小不变，但是速度方向不断在变化，所以带电粒子做__________运动，洛伦兹力提供________．
二、质谱仪1．构造如图所示，主要由以下几部分组成：
①带电粒子注入器；②加速电场(U)；③速度选择器(B1、E)；④偏转磁场(B2)；⑤照相底片．
【特别提醒】 (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．
只有磁场而没有电场时，为什么不能做成加速器？【答案】粒子在磁场中是无法被加速的，因为带电粒子在磁场中运动受到的是洛伦兹力，而洛伦兹力一定与运动方向垂直，不可能使粒子加速，所以没有电场是做不成加速器的．
带电粒子在磁场中的运动
1．圆心的确定带电粒子进入一个有界匀强磁场后的轨迹是一段圆弧，如何确定圆心是解决问题的前提，也是解题的关键．首先，应有一个最基本的思路：圆心一定在与速度方向垂直的直线上．在实际问题中圆心位置的确定极为重要，通常有两种方法：
(2)已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨迹的圆心(如图乙所示，P为入射点，M为出射点)．
二、在有界磁场中的运动有界匀强磁场指在局部空间存在着匀强磁场，带电粒子从磁场区域外垂直磁场方向射入磁场区域，在磁场区域内经历一段匀速圆周运动，也就是通过一段圆弧后离开磁场区域，由于运动的带电粒子垂直磁场方向，从磁场边界进入磁场的方向不同，或磁场区域边界不同，造成它在磁场中运动的圆弧轨迹各有不同，可以从下图中看出．
解决这一类问题时，找到粒子在磁场中一段圆弧运动对应的圆心位置、半径大小以及与半径相关的几何关系是解题的关键，其中将进入磁场时粒子受洛伦兹力和射出磁场时受洛伦兹力的作用线延长，交点就是圆弧运动的圆心．
【特别提醒】 (1)带电粒子在有界磁场中运动的临界极值问题，注意下列结论，再借助数学方法分析．①刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切．②当速度v一定时，弧长(或弦长)越长，圆周角越大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长．③当速率v变化时，圆周角越大的，运动的时间越长．(2)圆周运动中有关对称规律①从直线边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等；②在圆形区域内，沿径向射入的粒子，必沿径向射出．
三、在匀强磁场中运动的多解问题带电粒子在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，出现多解原因包含以下几个方面：
四、电偏转和磁偏转的区别所谓“电偏转”与“磁偏转”是分别利用电场和磁场对运动电荷施加作用，从而控制其运动方向，但电场和磁场对电荷的作用特点不同，因此这两种偏转有明显的差别.
五、在复合场中的运动1．弄清复合场的组成，一般有磁场、电场的复合，磁场、重力场的复合，磁场、电场、重力场的复合．2．进行正确的受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析．3．确定带电粒子的运动状态，注意受力情况和运动情况的结合．4．对于粒子连续通过几个不同情况的场的问题，要分阶段进行处理．
5．画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律．(1)当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，根据受力平衡列方程．(2)当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，应用牛顿第二定律求解．(3)当带电粒子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解．(4)对于临界问题，注意挖掘隐含的条件．
【特别提醒】 (1)电子、质子、α粒子等一般不计重力；带电小球、尘埃、液滴等带电颗粒一般要考虑重力的作用．(2)注意重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力的方向始终和速度方向垂直，永不做功的特点．
例1　如图所示，一束电子(电荷量为e)以速度v0垂直射入磁感应强度为B，宽为d的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角为30°，则电子的质量是________，穿过磁场的时间是________．
►题后反思本类问题的一般解法是先根据轨迹确定圆心，根据几何知识求出半径和带电粒子轨迹所对应的圆心角，然后利用牛顿第二定律和周期公式求解．
例2　如图所示，AB间存在方向与竖直成45°角斜向上的匀强电场E1，BC间存在竖直向上的匀强电场E2，AB间距为0.2 m，BC间距为0.1 m，C为荧光屏，质量m＝1.0×10－3 kg，电荷量q＝＋1.0×10－2 C的带电粒子由a点静止释放，恰好沿水平方向经过b点到达荧光屏的O点．若在BC间再加方向垂直纸面向外、大小B＝1.0 T的匀强磁场，粒子经b点偏转到达荧光屏的O′点(未画出)．取g＝10 m/s2，求：
(1)E1的大小；(2)加上磁场后，粒子由b点到O′点电势能的变化量．
答案：(1)1.4 V/m　(2)2.7×10－4 J
质谱仪和回旋加速器都是利用电场对带电粒子进行加速，利用磁场对带电粒子进行偏转的精密仪器，在进行相关计算时，首先要搞清其原理，抓住带电粒子在电场或磁场中的运动规律，求解有关问题．
质谱仪和回旋加速器的相关计算
例3　(1)质谱仪原理如图所示，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的粒子(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．②速度选择器的电压U2．③粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R．
(2)如图所示，回旋加速器D形盒的最大半径为R，匀强磁场垂直穿过D形盒面，两D形盒的间隙为d，一质量为m，带电量为q的粒子每经过间隙时都被加速，加速电压大小为U，粒子从静止开始经多次加速，当速度达到v时，粒子从D形盒的边缘处引出，求：①磁场的磁感应强度B的大小．②带电粒子在磁场中运动的圈数n．③粒子在磁场和电场中运动的总时间t．
(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极相连接的两个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的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是(　　)A．增大匀强电场的加速电压B．增大磁场的磁感应强度C．减小狭缝间的距离D．增大D形金属盒的半径【答案】(1)B　(2)BD