高中物理专题课件第九章磁场素养探究课 (七)科学态度与责任——洛伦兹力的科技应用PPT模板

(1)求甲种离子打在底片上的位置到 N 点的最小距离 x； (2)在图中用斜线标出磁场中甲种离子经过的区域，并求该区域最窄处的宽度 d； (3)若考虑加速电压有波动，在(U0－ΔU)到(U0＋ΔU)之间变化，要使甲、乙两种离子在 底片上没有重叠，求狭缝宽度 L 满足的条件．
解析：(1)设甲种离子在磁场中的运动半径为 r1.电场加速 qU0＝12×2mv2 且 qvB＝2mvr12
第九章 磁场 素养探究课(七) 科学态度与责任——洛伦兹力的科技应用
高中物理专题课件
CONTENTS
01 复习测试一
02 复习测试二
03 复习测试三
04 复习测试四
复习测试一
装置 组合
质谱仪 场
原理图
质谱仪 回旋加速器 【题型解读】
规律
粒子由静止被加速电场加速：qU＝12mv2，在磁场 中做匀速圆周运动，qvB＝mrv2，则比荷mq ＝B22Ur2
r2 的最大半径 r2mLeabharlann x＝B12m(U0＋ΔU) q
由题意知 2r1min－2r2max＞L
即B4
m(U0－q ΔU)－B2
2m(U0q＋ΔU)＞L
解得 L＜B2 mq [2 U0－ΔU－ 2(U0＋ΔU)]． 答案：见解析
装置 速度选择器 叠加场 磁流体发电机
叠加场中的应用实例 【题型解读】 原理图
解得 r1＝B2
mU0 q
根据几何关系 x＝2r1－L
解得 x＝B4 mqU0－L.
(2)如图所示最窄处位于过两虚线交点的垂线上 d＝r1－ r21－L22
解得 d＝B2
mqU0－ 4qmBU2 0－L42.
(3)设乙种离子在磁场中的运动半径为 r2
r1 的最小半径 r1min＝B2
m(U0－ΔU) q
离子在入口处从静止开始加速，由动能定理得，eU＝12Mv22，该正离子在磁感应强度为 12B 的匀强磁场中做匀速圆周运动，轨迹半径仍为 r，洛伦兹力提供向心力，12ev2B＝Mvr22； 联立解得 M∶m＝144∶1，选项 D 正确． [答案] D
【迁移题组】 迁移 1 回旋加速器的应用 1.(多选)劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如 图所示．置于真空中的 D 形金属盒半径为 R，两盒间的狭缝很小， 带电粒子穿过的时间可忽略．磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面 垂直，高频交流电频率为 f，加速电压为 U.若 A 处粒子源产生质 子的质量为 m、电荷量为＋q，在加速器中被加速，且加速过程 中不考虑相对论效应和重力的影响．则下列说法正确的是
装置
组合 回旋加 场 速器
原理图
规律
交流电源的周期和粒子做圆周运动的周期相等， 粒子在圆周运动过程中每次经过 D 形盒缝隙都会 被加速．由 qvB＝mrv2得 Ekm＝(m2mv)2＝q22Bm2r2
复习测试二
【典题例析】
现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如
图所示，其中加速电压恒定．质子在入口处从静止开始被加速电场
C．仅增大 d 时，上、下表面的电势差减小
D．仅增大电流 I 时，上、下表面的电势差减小
[解析] 因电流方向向右，则金属导体中的自由电子是向左运动的，根据左手定则可知 上表面带负电，则上表面的电势低于下表面的电势，A 错误；当电子达到平衡时，电场 力等于洛伦兹力，即 qUh＝qvB，又 I＝nqvhd(n 为导体单位体积内的自由电子数)，得 U ＝nIqBd，则仅增大 h 时，上、下表面的电势差不变；仅增大 d 时，上、下表面的电势差 减小；仅增大 I 时，上、下表面的电势差增大，故 C 正确，B、D 错误． [答案] C
复习测试三
【典题例析】
中国科学家发现了量子反常霍尔效应，杨振宁称这一发现是诺贝尔奖级的成果．如
图所示，厚度为 h、宽度为 d 的金属导体，当磁场方向与电流方向垂直时，在导体上、
下表面会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．下列说法正确的是
()
A．上表面的电势高于下表面的电势
B．仅增大 h 时，上、下表面的电势差增大
()
A．质子被加速后的最大速度与 D 形盒半径 R 有关 B．质子离开回旋加速器时的最大动能与交流电频率 f 成正比 C．质子第 2 次和第 1 次经过两 D 形盒间狭缝后轨道半径之比为 2∶1 D．不改变磁感应强度 B 和交流电频率 f，经该回旋加速器加速的各种粒子的最大动能 不变
解析：选 AC.质子被加速后的最大速度受到 D 形盒半径 R 的制约，因 vm＝2πTR＝2πRf， 故 A 正确；质子离开回旋加速器的最大动能 Ekm＝12mv2m＝12m×4π2R2f2＝2mπ2R2f2，故 B 错误；根据 qvB＝mrv2，Uq＝12mv21，2Uq＝12mv22，得质子第 2 次和第 1 次经过两 D 形盒 间狭缝后轨道半径之比为 2∶1，故 C 正确；因经回旋加速器加速的粒子最大动能 Ekm ＝2mπ2R2f2 与 m、R、f 均有关，故 D 错误．
规律
若 qv0B＝Eq，即 v0＝EB，粒子做匀 速直线运动
等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使 两极板带正、负电荷，两极电压为 U 时稳定，qUd ＝qv0B，U＝v0Bd
装置
电磁流量计 叠加场
霍尔 元件
原理图
规律
Ud q＝qvB，所以 v＝dUB，所以 Q ＝vS＝π4dBU
当磁场方向与电流方向垂直时， 导体在与磁场、电流方向都垂直 的方向上出现电势差
迁移 2 质谱仪的应用 2 ． (2017·高 考 江 苏 卷 ) 一 台 质 谱 仪 的 工 作 原 理 如 图 所 示．大量的甲、乙两种离子飘入电压为 U0 的加速电场， 其初速度几乎为 0，经加速后，通过宽为 L 的狭缝 MN 沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为 B 的匀强磁场 中，最后打到照相底片上．已知甲、乙两种离子的电荷 量均为＋q，质量分别为 2m 和 m，图中虚线为经过狭缝 左、右边界 M、N 的甲种离子的运动轨迹．不考虑离子间的相互作用．
加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场．若某种一价正离子在入
口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍
从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的 12 倍．此离子和质子的质量比值
约为 A．11
B．12
()
C．121
D．144
[解析] 设加速电压为 U，质子做匀速圆周运动的半径为 r，原来磁场的磁感应强度为 B， 质子质量为 m，一价正离子质量为 M.质子在入口处从静止开始加速，由动能定理得，eU ＝12mv21，质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，ev1B＝mvr21；一价正