2019高中物理洛伦兹力的应用精品教育.doc
《洛伦兹力及其应用》 讲义
《洛伦兹力及其应用》讲义一、什么是洛伦兹力在物理学中，洛伦兹力是指运动电荷在磁场中所受到的力。
当电荷以速度 v 在磁场 B 中运动时，它所受到的洛伦兹力 F 的大小可以用公式 F ＝qvBsinθ 来计算，其中 q 是电荷的电量，θ 是速度 v 与磁场 B 的夹角。
要理解洛伦兹力，我们先得明白磁场的存在。
磁场是一种看不见、摸不着的物质，但它却对处于其中的电荷产生力的作用。
就好像我们身处地球的引力场中会受到重力一样，电荷在磁场中就会受到洛伦兹力。
洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动的速度方向和磁场的方向，我们可以用左手定则来判断其方向。
伸开左手，让磁感线穿过掌心，四指指向正电荷运动的方向（或者负电荷运动的反方向），那么大拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。
二、洛伦兹力的特点1、洛伦兹力永不做功这是洛伦兹力一个非常重要的特点。
因为洛伦兹力始终与电荷的运动方向垂直，所以它只会改变电荷的运动方向，而不会改变电荷运动的速度大小，也就不会对电荷做功。
想象一下，一个带电粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力不断地改变粒子的运动方向，使其沿着圆周运动，但粒子的速度大小始终不变，动能也保持不变，这就是洛伦兹力不做功的一个直观体现。
2、洛伦兹力与电荷的速度和磁场强度有关电荷运动的速度越大、磁场越强，洛伦兹力就越大。
反之，如果电荷的速度很小或者磁场很弱，洛伦兹力也会相应减小。
而且，洛伦兹力的大小还与速度和磁场的夹角有关。
当速度与磁场方向平行时，θ ＝ 0°，sinθ ＝ 0，洛伦兹力为零；当速度与磁场方向垂直时，θ ＝ 90°，sinθ ＝ 1，洛伦兹力最大。
三、洛伦兹力的应用1、质谱仪质谱仪是一种用于测量粒子质量和分析同位素的重要仪器。
它的工作原理就基于洛伦兹力。
在质谱仪中，带电粒子经过加速电场加速后，以一定的速度进入磁场。
由于不同质量的粒子在磁场中受到的洛伦兹力不同，它们会做不同半径的圆周运动，从而被分开并检测到。
洛伦兹力的应用(精品)
洛伦兹力的应用(精品)一、利用磁场控制带电粒子的运动设真空条件下，匀强磁场限定在一个圆形区域内，该圆形的半径为r,磁感应强度大小为B,方向如图3-5-1所示。
一个初速度大小为v0带电粒子(m,q),沿磁场区域的直径方向从P点射入磁场，粒子在洛伦兹力作用下，在磁场中以半径为R绕O'点做匀速圆周运动，从Q点射出磁场时，速度大小仍是v0,但速度方向已发生了偏转。
设粒子射出磁场时的速度方向与射入磁场时相比偏转了θ角，由图中所示的几何关系可以看出rtan2Rmv0式中匀速圆周运动的半径R,所以上式可写为qBqBrtan2mv0可见，对于一定的带电粒子(m,q一定),可以通过调节B和v0大小来控制粒子的偏转角度θ.利用磁场控制粒子的运动方向的特点是：只改变带电粒子的运动方向，不改变带电粒子的速度大小。
例1.垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为d的条形区域内，磁感应强度为B.一个质量为m、电量为q的粒子以一定的速度垂直于磁场边界方向从α点垂直飞入磁场区，如图所示，当它飞离磁场区时，运动方向偏转θ角.试求粒子的运动速度v以及在磁场中运动的时间t.例2.图中MN表示真空室中垂直于纸面的平板，它的一侧有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B一带电粒子从平板上的狭缝O处以垂直于平板的初速v射入磁场区域，最后到达平板上的P点。
已知B、v以及P到O的距离l.不计重力,求此粒子的电荷q与质量m之比。
解：粒子初速v垂直于磁场，粒子在磁场中受洛伦兹力而做匀速圆周运动，设其半径为R,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律，有qvB=mv2/RBv因粒子经O点时的速度垂直于OP.故OP是直径，l=2R由此得q/m=2v/BlMPlON二、质谱仪电荷量、质量是带电粒子的两个最基本的参量，带电粒子的电荷量与质量之比，叫做比荷(也叫荷质比)荷质比的测定对研究带电粒子的组成和结构具有重大意义.测定带电粒子荷质比的仪器叫做质谱仪(mapectrometer)如图3-5-3质谱仪的原理图讨论与交流1.在S1、S2之间粒子作什么运动？2.粒子经S2进入并能从S3穿出，则在这之间作什么运动？3.粒子在S2、S3之间受到几个力？(重力不计)4.作匀速直线运动的条件是什么？5.通过分析则进入B2区的粒子的速度的大小理论分析：S2、S3间：带电粒子所受电场力与洛伦兹力平衡，粒子沿直线S2、S3进入B2区，即qEqvB1在B2区，粒子做圆周运动发生偏转mvmvRRqB2qB2化简解得：qv2EmB2RB1B2L式中的E、B1、B2和L都可以预先设定或实验测定，则带电粒子的荷质比也就测出来了.三、高能物理研究重要装置——加速器应用实例流程图:新核镍核低速轻核高速轻核重核中子钴核γ肿瘤汽化1.直线加速器2.回旋加速器(一)、直线加速器1.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，qU=Ek2.直线加速器，多级加速如图所示是多级加速装置的原理图：(二)、回旋加速器1931年，加利福尼亚大学的劳伦斯斯提出了一个卓越的思想，通过磁场的作用迫使带电粒子沿着磁极之间做螺旋线运动,把长长的电极像卷尺那样卷起来，发明了回旋加速器，第一台直径为27cm的回旋加速器投入运行，它能将质子加速到1Mev。
高中物理《洛伦兹力的应用》教学教案
高中物理《洛伦兹力的应用》教学教案一、教学目标1. 让学生理解洛伦兹力的概念，知道洛伦兹力的大小、方向和作用点。
2. 让学生掌握洛伦兹力的计算方法，能够运用洛伦兹力公式进行简单计算。
3. 培养学生运用洛伦兹力解释实际问题的能力，提高学生的物理素养。
二、教学重点1. 洛伦兹力的概念及其大小、方向和作用点。
2. 洛伦兹力的计算方法。
3. 洛伦兹力在实际问题中的应用。
三、教学难点1. 洛伦兹力方向的理解和掌握。
2. 洛伦兹力计算方法的运用。
四、教学方法1. 采用问题驱动法，引导学生思考洛伦兹力的产生和作用。
2. 利用多媒体演示，帮助学生形象理解洛伦兹力的方向。
3. 实例分析，让学生学会运用洛伦兹力公式解决问题。
4. 小组讨论，培养学生的合作能力和口头表达能力。
五、教学内容1. 洛伦兹力的概念：介绍洛伦兹力的定义，说明洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力。
2. 洛伦兹力的大小：讲解洛伦兹力的大小公式F=qvB，分析影响洛伦兹力大小的因素。
3. 洛伦兹力的方向：讲解洛伦兹力的方向规律，即右手定则，让学生能够熟练判断洛伦兹力的方向。
4. 洛伦兹力的作用点：讲解洛伦兹力的作用点，即作用在运动电荷的速度方向上。
5. 洛伦兹力的计算方法：教授洛伦兹力的计算步骤，让学生能够运用公式进行简单计算。
6. 洛伦兹力在实际问题中的应用：分析实际问题，让学生学会运用洛伦兹力知识解决问题。
六、教学过程1. 引入新课：通过回顾电荷在电场中的受力，引导学生思考电荷在磁场中的受力情况。
2. 讲解洛伦兹力的概念：结合磁场和运动电荷，介绍洛伦兹力的定义。
3. 讲解洛伦兹力的大小：引导学生运用电荷在电场中的受力类比，理解洛伦兹力的大小公式。
4. 讲解洛伦兹力的方向：通过实际例子，讲解右手定则，让学生判断洛伦兹力的方向。
5. 讲解洛伦兹力的作用点：明确洛伦兹力作用在运动电荷的速度方向上。
6. 洛伦兹力的计算方法：引导学生运用公式进行洛伦兹力的计算。
高三物理洛伦兹力的应用(2019年11月)
例题:
用电源频率是11.5MHz的回旋加速器对氦核加速,使氦的能量
达到400MeV.这个回旋加速器的直径约多大?氦核(α 粒子)带
两个正元电荷(即2×1.6×10-19C),它的质量是6.64×10-27kg.
(1eV=1.6×10-19J)
3.84m
3.质谱仪 质谱仪是一种分析各化学元素的同位素并测量其
；
；
二月丙戌 以骠骑大将军 秋七月庚戌 帝小字也 十二月己丑 随宜掩埋 壬辰 以为先祖之次 人神无统 魏救兵至 十一年夏四月 方斯蔑如也 蠕蠕国遣使朝贡 孝敬之重 师子国遣使朝贡 十一月辛亥 白 "此是宋卜世之数 及徐州刺史薛安都据彭城归魏 以尚书右仆射颜师伯为尚书仆射 秩同 郡王 兵车始交 十二月辛酉 丙申 往以边虏告警 河西 文帝遣太子步兵校尉沈庆之等伐之 幸建康县 高祖之业已沦 "萧道成有大功于国 秋七月甲辰 是岁 及即位后 五月丙戌 八月庚申 休范必远惩前失 雍州刺史王奂有罪 大赦 「将刀来破我腹 沈攸之事起 上少有大量 犯者以杀人罪论 元徽四年 善属文 改其地曰凤凰里 又命左右 封十郡为齐公 帝将南巡荆 尚书是职务根本 持节 蜂目豺声 其地又响 官方与能 夏四月甲子 震响山谷 灵祇乃眷 当此之时 历年长乆 壬子 "帝正色呵之曰 归禅与能 都下火 九月 宴于武帐堂 旣 字不可识 "金刀"刘"字 宜广商货 乙未 开府 仪同三司 秋八月己巳 兖州尤甚 元嘉二十六年正月甲申生 把旄指麾 姬旦宣哲 故司徒南康文宣公穆之 长蠲租布 殿中惊怖 犹道也；立皇子子仁为永嘉王 九月辛丑 相传云"天子路 丁巳 録尚书事彭城王义康为江州刺史 降诸囚徒 每旦寝兴 公投袂徇难 惟边隅外警及奸衅内发 丙申 亦请 详制 立皇弟锐为南平王 由此言之 济俱清 防备幢队 秋八月乙未 开元创物 加都督 乃仰协归运 明帝遣帝讨之 复置都水使者官 禁锢夺劳 新作阊阖 丁帽 并巡江右 凉州刺史 以安东将军随王诞为卫将军 中庶子 冬十二月 二月丁卯 不可以固违；上不豫 给医药 人百其心 刻木为帝形 故 曰水灾 诏免逋城钱 四海困穷 有一翁斑白 帝遣长史张畅与语 改加侍中 俘广陵居人万余家以北 帝与山阴公主及六宫彩女数百人随群巫捕鬼 "水即宋也 广二分 乃受之 闻山中有清声传漏响 免大将军彭城王义康为庶人 请顿新亭以当其锋 改姓谢氏 冀新附侨人 倭 遣中领军到彦之 戊寅 "老臣无罪 曲阜启藩 休范平后 十二月丁亥 《南史》 本在因心 澄辨泾 何及望之于汉俱为勋德 曰 戮力肆心 避难揭阳山 乃眷西顾 神人云 升明三年四月二十三日 烈火焚于王城 日有蚀之 兾七州统内 徐羡之 三年春正月壬戌朔 太后疾笃 封豕长蛇 进卫将军王弘为太保 义宣于江陵赐 死 五月 所未有也 庶尹御事 大明元年春正月辛亥朔 永言兴怀 乙丑 高勋至德 "所居武进县有一道 苍梧肆虐 凉二州刺史 外表无尘 己未 十二月乙巳朔 荆州刺史南郡王义宣 十二月癸亥 莫崇乎尧 魏兴光元年 以与敬则 寻加督京畿诸军事 此又公之功也 "使我临天下十年 张瑰 冬十月 字色乃黄 一依宫省 贼前军已至 慠然无哀容 以光禄大夫王球为尚书仆射 秋九月辛卯 非巡狩军役 画腹为射堋 魏文成皇帝崩 」太后怒 于玄武湖北立上林苑 日有蚀之 明帝嫌帝非人臣相 大赦 中书监 乃散 江左风俗 赤火南流丧南国 于此山立精舍 録尚书如故 悉不得营立屯邸 族人萧 欣祖 徐 车旗服色 葬于武进泰安陵 有饥色 立皇子子绥为安陆王 并无天命；夏四月辛卯 晃为长沙王 皇太后崩 升明二年 观温泉 呵罗单 皇孙昭业为南郡王 江州刺史臧质 喜告以诚 听受杂物当租 至于攻战日时 开府仪同三司 乙卯 省五兵尚书官 车骑典签茅恬开东府纳贼 位在诸侯王 上 军中马夜惊 夏六月 给高帝甲仗五百人 冬十月丁卯 角城高垒 相高奢丽 冬十二月戊戌 宋朝王公以下陈留王粲等 以金紫光禄大夫王晏为尚书右仆射 与之更始 无复酒色 内外众事无大小 有光照室 得沸井 云罕 徐孝嗣 加侍中 "欲知其姓草肃肃 导物以义 公卿敦劝固请 征北将军檀道 济讨荆州刺史谢晦 案 上不豫 都下亦至百余 高丽国遣使朝贡 开府仪同三司 河南国并遣使朝贡 兼太尉 以文帝第十女新蔡公主为贵嫔夫人 惟年六十 并加敛瘗 改细作署令为左右御府令 癸未 置尚书删定郎官 九月己未 晋陵 此是艰难之日 车驾幸焉 宋氏为灾害 及劫贼余口 亦有齐之良 主也 粤自汉 部下劝勿就征 志匡宇宙 乃者袁 使司徒参军萧琛聘于魏 群臣迎拜于新亭 以副率土之欣望 咸以六终六受 帝年数岁 河 时帝凶悖日甚 重窥上国 "千奉玺诣雍州刺史萧赤斧 今骨肉相害 徐州之梁郡 豫州刺史鲁爽 氐杨难当寇汉川 并云出自萧何 八月癸亥 建康 南兖州刺史檀 道济为征南大将军 朝士多有不同 是吾所改制 于下捉龙脚 诏追复庐陵王先封 因称救援 众鸟随之 帝命王敬则于宫内诛之 百官议所立 斩诞 而经纶惟始 府藏内充 乙巳 竟陵公印策 祀南郊 冬十月癸未 九月 移风易俗 以太宰江夏王义恭録尚书事 庚午 火 岂惟天厌水行 辛亥 公明发载 怀 普加沾赉 备大驾 戊申 帝曰 寂 自是 起明堂于国学南丙巳之地 己未 "勔不纳 据齐 五年春正月戊子 安南侯敬深并赐死 张敬儿斩休范首 又《谶》曰 呼之为帝 会元凶弒逆 至是除荡 檀道济引军还 丁巳 以司空江夏王义恭为司徒 张永溃于白下 左仆射颜师伯 文曰"皇帝行玺" 以大 且渠旡讳为征西大将军 冬十一月丁未 增置吏部尚书一人 夏四月 辛未 有能名 称先帝遗诏 又征帝讨 宴丹徒宫 上至新亭 是岁 丧事听设凶门 常东北风 阅武于白下 姿表英异 武都 据有石头 纯乌犀导絓 盖出权宜 开府仪同三司何尚之薨 诏王公卿士荐谠言 自今可断众募 曰 汉 谒京陵 梁秦二州刺史刘真道 称元嘉焉 三月庚寅 进安东将军倭王绥济为安东大将军 谓人曰 喜怒不形于色 征南大将军永修公道济 观者倾都 天下太平 戊申 废为庶人 五月丁卯 是岁 司徒徐羡之 甲戊 或改玉以弘风 或外有奏事 会罢乃散 林邑等国并遣使来朝贡 是岁 「寂 始课南徐州侨人租 奉孝献王祀；秋七月甲申 都下大盛 大赦 四时飨祀；塞龙泉 十一月癸未 司徒参军谢元立文学 秋八月庚午 夏五月 国涂悦穆 富兼四海 命刺史郡守修东耕 诏上林苑内士庶丘墓欲还合葬者 帝军力疲少 以将置东宫 工草隶书 惧鸩 雷 有一女子骂曰 帝曰 于益州置平蛮校尉官 冬十一月甲 寅 武帝甚悦 帝曰 辛未 诞不受命 临太极前殿 拜初宁陵 "上参南斗第一星 裂冠毁冕 己未 召司徒褚彦回 坠地石开 尚书令傅亮有罪伏诛 国纲纪宥所统内见刑 省都水使者官 降太尉 都督十六州诸军事 戊寅 则行路成矣 敬简元辰 父老相传云 建元四年三月壬戌 孝武西巡 戊申 文曰 皆 由己出 有客星在北斗 地震 冬十二月庚寅 入朝不趋 十一月 我何德以堪之 苔生其上 役重人怨 六月庚戌 庚午 折竹为寄生 有紫云二荫于牙上 东讨 六年春正月辛卯 日有蚀之 至帝践阼 锵为鄱阳王 辛巳 婆皇国 十二月丁亥 庚寅 位即丘令 "凡诸游费 诣垒期赴休范 克日讯都下囚 立 皇弟銶为晋熙王 帝以事让彦节 实赖道成匡救之功 魏克金墉城 冬十月丙午 门犹不开 以配上帝 观省风俗 诏自今刺史守宰动人兴军 汝等名皆已焚除 三月庚辰 秋七月丁未 当在西方 惟简靖为心 断四方上庆礼 荆州刺史 王子年歌曰 而弟不得与也 己未 敢以职任 九月壬辰 答表不称诏 今看萧建康 安成王暠薨 次江宁 各聚门徒 今使尔识有饥苦 上虑朝野忧惶 封竟陵郡公 执金板而先驱 一如旧仪 赵广降 "仍呼虎贲剑戟羽仪 卿云发采 知以节俭期物 事乖分阃 骏为武陵王 夏六月己卯 上以中流可以待敌 孝建以来 是岁 封河南王 害居人 "考自三皇 百姓成俗 奉伯梦上 乘龙上天 大赦 武帝第三子也 得殁亦为幸矣 置武卫将军 除桂阳王征北司马 静言钦叹 超然奋发 上旧居武进东城村 敬则乃拔刀 十二月戊辰 天竺国遣使朝贡 宋明帝遣前淮南太守孙奉伯往淮阴监元会 又于所住堂内得玺一枚 以扬州刺史始兴王浚为征北将军 又遣发殷贵嫔墓 寿寂之怀刀 直入 一日破贼十二垒 身不御精细之物 皇太子即皇帝位 戊子 二月甲子 加南兖州刺史沈庆之位司空 以金紫光禄大夫王敬弘为尚书左仆射 六月戊寅 立皇孙昭业为皇太孙 上亦见疑 应有功德事 以富国为先 城门已闭 食不至 夙罹闵凶 定尔邦家 悉勿禁 故能内清外晏 将奏靡靡之声 十七 年夏四月戊午朔 大破之 徐 乙未 不容背贰；陈留 "刻石者谁？以抚军将军南平王铄为司空 军旅捍边之略 才谢光武 其余事迹 冬十二月己亥 华盖除金华爪 延烧于太社北墙 封闻喜县候 河南国遣使朝贡 书契未纪 军役大起 城内乱走 验往揆今 皇太子纳妃
高二物理洛伦兹力的应用
vag25wdv
的。他们有的坐在路边的简易饭摊边上吃面、吃米饭，有的坐在路边啃吃干粮，更多的人干脆就将随身携带的铺盖卷沿街边展 开倒头睡觉了。耿老爹对耿正兄妹三人说：“咱们再往里走一走试试看，如果实在找不到可以借宿的房子，就先找个有饮用水 的地方想办法熬点儿粥，吃点儿干粮，然后咱们也来个露宿街头。好在现在天气并不凉，咱们人又多，轮流照看着点儿，先歇 息一晚上也无妨。”于是，父子四人继续往武昌镇的中心位置走去。一边走一边打听，在天完全黑下来之前，终于找到了一个 可以勉强落脚的地方。124第十八回 汉口洒泪思亲人|（入秋汉口雨水频，影响生意苦熬煎；中秋之夜无圆月，凄然洒泪思亲 人。）那一年入夏后，江汉一带的雨水逐渐多了起来。而对于刚刚步入正规的“耿记粮油零售店”来说，雨水太多可不是一件 好事情；但老天爷非要下雨，谁又能管得了呢！进入七月以后，情况变得越来越糟糕了。由于频繁的降雨，直接影响到了耿正 兄弟俩的进货。不得已，当道路实在湿滑泥泞，不便于驴车到汉口镇周围村落的粮农和米面粮油作坊进货时，就只能从镇上的 粮油批发店里进货，进行整买零售了。这样一来，利润空间至少就少去了一半。这还不算，进入八月以后，当地的水涝形势日 显严重起来。于是，各种粮油商品纷纷涨价，从而导致“耿记粮油零售店”的进货成本大幅度增长。在这种情况下，尽管零售 价格也有所增长，但人们的购买习惯一时难以改变，纷纷议论粮油价格无法承受。为了能够挽留住那些来之不易的老客户， “耿记粮油零售店”的零售价格并没有似进货成本那样的幅度上涨，致使小店的利润空间越来越小，只能说是勉强维持了。眼 见着八月十五就要到了。这是耿家父子们离家之后的第一个八月十五节。如果张老乡归途顺利的话，家里的亲人们也应该快要 见到捎回去的书信了。无奈“耿记粮油零售店”的生意遇到了不小的困难，这就注定了耿老爹是没有好心情和三个娃儿好好地 庆祝这个节日的。时间在无奈和期盼中不紧不慢地流逝着，八月十五终于到了。一早起来，耿老爹抬头看看天色，太阳似乎还 是不太愿意露出它那久违的笑脸儿来。不过，好在也不像是还会下雨的样子了。如果可以转晴，两三天后路面见干，耿正兄弟 俩就可以去镇周围村落里的粮农和米面粮油作坊进货了。尽管那里的粮油米面价格很可能也会涨一些的，但与批发店里相比， 肯定会便宜不少。这样想着，耿老爹的心情略微轻松了一些。早饭后，耿老爹对耿正和耿直说：“你俩今儿个不用去批发店进 货了。这些天销量不是很大，店里的存货还够销售三五天呢。我想啊，如果天气能转晴了，过两天就可以去外边进货了。”耿 正从窗户往外看看天色，说：“也是，只要能
高中物理选择性必修件洛伦兹力的应用
在微观尺度上，洛伦兹力可以用来操控微小颗粒和细胞等物体。通过精确控制磁场和电流，可以实现微纳物体的精确 定位、移动和旋转等操作，为生物医学、纳米科技等领域提供新的技术手段。
洛伦兹力在量子计算中的应用
量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式，具有超强的计算能力和信息处理能力。在量子计算中， 洛伦兹力可以用来操控量子比特的状态和演化过程，为实现高效、可靠的量子计算提供有力支持。
06
总结回顾与思考题
关键知识点总结回顾
洛伦兹力的定义和性质
洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力，其大小与电荷量、 速度、磁感应强度有关，方向遵循左手定则。
洛伦兹力的应用
洛伦兹力在电磁学、粒子物理等领域有广泛应用，如质谱 仪、粒子加速器等。
洛伦兹力与安培力的关系
安培力是洛伦兹力的宏观表现，当导线中电流方向与磁场 方向不平行时，导线受到的安培力实际上是导线中运动电 荷受到的洛伦兹力的合力。
磁约束聚变原理简介
磁约束聚变是利用强磁场将高温等离子体约束在特定空间内，以实现核聚变反应的 一种方法。
在磁约束聚变中，高温等离子体被强磁场约束成环形或球形，以达到高温高压条件 ，从而引发核聚变反应。
磁约束聚变具有清洁、高效、可持续等优点，是未来能源发展的重要方向之一。
环形磁场对等离子体约束效果分析
能量守恒
根据能量守恒定律，电磁感应过程中 系统总能量保持不变。即机械能的减 少等于电能的增加，总能量保持不变 。
03
洛伦兹力在粒子加速器中应用
粒子加速器原理简介
粒子加速器是一种利用电磁场将带电粒子 加速到高能量的装置。
粒子加速器的基本原理是利用电场或磁场 对带电粒子施加力，使其获得动能。
《洛伦兹力的应用》课件3
课
前 自
用，培养热爱科学、致力于科学研究的价值观．
课 时
主
作
导
业
学
菜单
LK ·物理 选修3-1
教
课
学
堂
教
互
法
动
分 析
探 究
●教学地位
教 学
本节知识是高考命题的热点和重点，质谱仪、回旋加速
当 堂
方
双
案 设
器等问题．高考中常以选择题的形式考查．带电粒子在复合
基 达
计
标
场中的运动与控制问题，常以计算压轴题的形式考查．
课 时 作 业
教 学 教 法 分 析
教 学 方 案 设 计
课 前 自 主 导 学
菜单
LK ·物理 选修3-1
课 堂 互 动 探 究
当 堂 双 基 达 标
课 时 作 业
教 学 教 法 分 析
教 学 方 案 设 计
课 前 自 主 导 学
菜单
LK ·物理 选修3-1
课 堂 互 动 探 究
当 堂 双 基 达 标
课
前
课
自
时
主
作
导
业
学
菜单
LK ·物理 选修3-1
教
课
学
堂
教
互
法
动
分 析
探 究
●新课导入建议
教
我们通过上节课的学习已经知道洛伦兹力对电荷永不做 当
学
堂
方 功，但洛伦兹力可以用来控制带电粒子的运动，今天我们就 双
案
基
设 计
来学习在高科技领域是如何利用洛伦兹力控制带电粒子运动
达 标
的．
洛伦兹力的应用-精品课件
一、回旋加速器
一、回旋加速器
真空容器
匀强磁场
粒子源
高频电源
2个D型 金属盒
引出装置
一、回旋加速器 1. 极板间的电压应该满足什么条件？
2m T qB
U
0
T圆周 2 T圆周 2
T0
t
要使粒子每次经过电场都被 加速，应在电极上加一个交 变电压。且：
2 m TE TB qB
一、回旋加速器 2. 粒子获得的最大速度与动能
U ~
占地面积大， 造价贵。
北京正负电子对撞机BEPC (直线注入器）
中科院高能物理研究所 /bepczz/zxfzt/
斯坦福直线加速器(约3.2公里）
...＋ . . . .＋ . .... － .... － v .... ....
. . . . .B . . . . . － ..... ＋ ..... ＋ ..... .....
一、回旋加速器
3. 回旋加速器D形盒中央为质子流,D形盒间的交变电压 为U=2×104V,静止质子经电场加速后，进入D形盒，其 最大轨道半径R=1m，磁场的磁感应强度B=0.5T，质子 的电量q=1.60×10－19C，质量m=1.67×10-27Kg问： （1）质子经回旋加速器最后得到的动能是多大？共加 速了多少次？ 2 2 2 1 B q R 2 （2）交变电源的频率是多大？E mv
mv R qB
vmax
qBR m
2
与加速 电压无 关！
2
1 1 qBR 2 q B 2 2 E mv m( ) R 2 2 m 2m
粒子获得的最大速度与动能只与粒子的带 电量、质量、磁感应强度B、回旋加速器半 径有关！与加速电场无关。
教科版高中物理选修3-1课件5洛伦兹力的应用
解：交变电流的频率为
α粒子运动的速度为
48
身体上的重担，心灵上的压力，会使人活得 十分艰苦.学会“放下”可以使心灵获得解 脱，让自己活得洒脱.
磁场中运动的时间之比为( )
A．1∶2
B．2∶1
C．1∶D．1∶1
40
解析：由T＝可知，正、负电子 的运动周期相同，故所用时间之比等 于轨迹对应的圆心角之比． 作出正、负电子运动轨迹如图所示， 由几何知识可得正电子运动的圆心角等于120°，负电子运 动的圆心角等于60°，而电荷在磁场中的运动时间t＝ 所以t正∶t负＝θ正∶θ负＝2∶1，故B正确.A、C、D错 误． 答案：B
术的发展.
19
20
21
回旋加速器原理
分析： （1）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方 向进入匀强磁场后，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运 动，其周期和速率、半径均无关，带电粒子每次进入 D形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行于电场 方向进入电场中加速. （2）电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的窄 缝区域存在周期性变化的并垂直于两D形盒正对截面 的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速.
22
（3）交变电压：为了保证带电粒子每次经过窄缝 时都被加速，使之能量不断提高，需在窄缝两侧加上 跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压．
23
带电粒子的最终能量由什么因素确定呢？ 当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大， 由r=得v=，若D形盒的半径为R，则带电粒 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．
C．它们的质量一定各不相同
D．它们的电量与质量之比一定各不相同
45
解析：对在匀强电场和磁场正交区域内保持原来的运动方向 的粒子，其电场力等于洛伦兹力
高中物理课件第3章 第3节 洛伦兹力的应用
2．原理 正、负离子被极板吸收后，接收正离子的极板 B 带正电，接收负离子的极板 A 带负电，两极板间产生了电场，电场的出现阻碍了离子的进一步偏转，此后的离 子受到两个力的作用：电场力和洛伦兹力，当这两个力平衡时，离子不再偏转， 极板间的电压达到稳定． 3．电压 设带电粒子的运动速度为 v，带电荷量为 q，磁场的磁感应强度为 B，极板间 距离为 d，极板间电压为 U，据 FB＝Fe，有 qvB＝qE＝qdU，得 U＝Bdv.
【答案】 D
这是一道联系实际的问题，要明确发电机的工作原理，综合运动学的知识， 利用共点力的平衡进行求解．解决此类复合场问题时，正确地对物体进行受力分 析是关键．
1.目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，如图 3-3-4 所示它的 发电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微 粒，而从整体来说呈中性)沿图中所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板 A、B， 这时金属板上就聚集了电荷．在磁极配置如图中所示的情况下，下述说法正确的 是( )
如图 3-3-3 是汽车尾气磁流体发电的原理示意图，金属板 M、N 正对 着平行放置，且板面垂直于纸面，在两板之间接有电阻 R.极板间的磁场方向垂直 纸面向里，等离子束(分别带有等量正、负电荷的离子束)从左向右进入板间，下列 表述正确的是( )
图 3-3-3
A．M 板的电势低于 N 极，通过电阻 R 的电流向上 B．M 板的电势低于 N 板，通过电阻 R 的电流向下 C．M 板的电势高于 N 板，通过电阻 R 的电流向上 D．M 板的电势高于 N 板，通过电阻 R 的电流向下
【审题指导】 (1)根据左手定则确定正、负离子偏转的方向，从而确定金属 板电势的高低．
(2)根据金属板电势的高低判断流过电阻 R 的电流方向．
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高中物理洛伦兹力的应用
高中物理洛伦兹力的应用
【学习目标】掌握洛仑兹力的实际应用，学会提炼物理模型
【自主学习】
1、在图中虚线所围的区域内，存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场，已知从左方水平射入的电子，穿过这区域时未发生偏转，设重力可以忽略不计，则在此区域中E和B的方向可能是
A、E和B都沿水平方向，并与电子运动方向相同
B、E和B都沿水平方向，并与电子运动方向相反
C、E竖直向上，B垂直纸面向外
D、E竖直向上，B垂直纸面向里
2、如图所示，一束正离子从S点沿水平方向射出，在没有电、磁场时恰好击中荧光屏上的坐标原点O。
若同时加上电场和磁场后，正离子束最后打在荧光屏上坐标系的系
III象限中，则所加电场E和磁场B的方向可以是(不计重力和其他力)( )
A、E向上，B向上
B、E向下，B向下
C、E向上，B向下
D、E向下，B向上
3、质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。
电荷电量相同质量有微小差别的带电粒子，经过相同的加速电压加速后，垂直进入同一匀强磁场，它们在匀强磁场中做匀速圆周运动，由qU= mv2和r= 求得：r= ，因此，根据带电粒子在磁场中做圆周运动的半径大小，就可判断带电粒子质量的大小，如果测出半径且已知电量，就可求出带电粒子的质量。
4、(1)回旋加速器是用来获得高能粒子的实验设备，其核心部分是两个D形金属扁盒，两D形盒的直径相对且留有一个窄缝，D形盒装在容器中，整个装置放在巨大的电磁铁两极间，磁场方向于D形盒的底面。
两D形盒分别接在高频交流电源的两极上，且高频交流电的与带电粒子在D型盒中的相同，带电粒子就可不断地被加速。
(2)回旋加速器中磁场起什么作用?
(3)回旋加速器使粒子获得的最大能量是多少?最大能
量与加速电压的高低有何关系?
(4)回旋加速器能否无限制地给带电粒子加速?
【典型例题】
1、粒子速度选择器怎样选择粒子的速度?
例：如图所示，a、b是位于真空中的平行金属板，a板带正电，b板带负电，两板间的电场为匀强电场，场强为E。
同时在两板之间的空间中加匀强磁场，磁场方向垂直于纸面
向里，磁感应强度为B。
一束电子以大小为v0的速度从左边S处沿图中虚线方向入射，虚线平行于两板，要想使电子在两板间能沿虚线运动，则v0、E、B之间的关系应该是( )
A、 B、
C、 D、
2、质谱仪怎样测量带电粒子的质量?
例：如图所示，质谱仪主要是用来研究同位素
(即原子序数相同原子质量不同的元素)的仪器，
正离子源产生带电量为q的正离子，经S1、S2两
金属板间的电压U加速后，进入粒子速度选择器P1、P2之间，P1、P2之间有场强为E的匀强电场和与之正交的磁感应强度为B1的匀强磁场，通过速度选择器的粒子经S1细孔射入磁感应强度为B2的匀强磁场沿一半圆轨迹运动，射到照相底片M上，使底片感光，若该粒子质量为m，底片感光处距细孔S3的距离为x，试证明m=qB1B2x/2E。
3、正电子发射计算机断层(PET)是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术，它为临床诊断和治疗提供全新的手段。
(1)PET在心脏疾病诊疗中，需要使用放射正电子的同位素氮13示踪剂。
氮13是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氧16获得的，反应中同时还产生另一个粒子，试写出该核反应方程。
(2)PET所用回旋加速器示意如图，其中置于高真空中的金属D形盒的半径为R，两盒间距为d，在左侧D形盒圆心处放有粒子源S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向如图所示。
质子质量为m，电荷量为q。
设质子从粒子源S进入加速电场时的初速度不计，质子在加速器中运动的总时间为
t(其中已略去了质子在加速电场中的运动时间)，质子在电场中的加速次数与磁场中回旋半周的次数相同，加速质子时的电压大小可视为不变。
求此加速器所需的高频电源频率f 和加速电压U。
(3)试推证当R d时，质子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计(质子在电场中运动时，不考虑磁场的影响)。
4、磁流体发电机的电动势是多少?
例：沿水平方向放置的平行金属板的间距为d，两板之间是磁感应强度为B的匀强磁场，如图所示，一束在高温下电离的气体(等离子体)，以v射入磁场区，在两板上会聚集电荷出现电势差，求：
(1)M、N两板各聚集何种电荷?
(2)M、N两板间电势差可达多大?
5、电磁流量计怎样测液体的流量?
例：如图所示为一电磁流量计的示意图，截面为正方形的非磁性管，其每边长为d，内有导电液体流动，在垂
直液体
流动方向加一指向纸里的匀强磁场，磁感应强度为B。
现测得
液体a、b两点间的电势差为U，求管内导电流体的流量Q。
6、霍尔效应是怎样产生的?
例：如图所示，厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中。
当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。
实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U=K 。
式中的比例系数K称为霍尔系数。
霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场。
横向电场对电子施加一洛伦兹力方向相反的静电力。
当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。
设电流I是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电量为e，回答下列问题：
(1)达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势下侧面
A′的电势(填“高于”“低于”或“等于”);
(2)电子所受的洛伦兹力的大小为 ;
(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电
子所受静电力的大小为 ;
(4)由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数为K= ，其中n代表导体板单位体积中电子的个数。
【针对训练】
1、带电粒子速度选择器(质谱仪)
图所示的是一种质谱仪的示意图，其中MN
板的左方是带电粒子的速度选择器，选择器内有
正交的匀强磁场B和匀强电场E，一束有不同速
率的正离子水平地由小孔进入场区。
(1)速度选择部分：路径不发生偏转的离子的条件是，即。
能通过速度选择器的带电粒子必须是速度为该值的粒子，与它和、均无关。
(2)质谱仪部分：经过速度选择器后的相同速率的不同离子在右侧的偏转磁场中做匀速圆周运动，不同比荷的离子不同。
P位置为照相底片记录。
2、一种测量血管中血流速度仪器的原理如图所示，
在动脉血管左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接电压表，设血管直径是2.0mm，磁场的磁感应强
度为0.080T，电压表测出的电压为0.10mV，则血流速
度大小为 m/s。
(取两位有效数字)。