加速器、质谱仪、霍尔效应1
《洛伦兹力的应用》 知识清单
《洛伦兹力的应用》知识清单一、洛伦兹力的基本概念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 在磁感应强度为 B 的磁场中运动时，所受到的洛伦兹力 F 的大小为 F ＝qvBsinθ，其中 q 为电荷的电荷量，θ 为速度方向与磁场方向的夹角。
洛伦兹力的方向始终与电荷的运动方向和磁场方向垂直，遵循左手定则。
二、洛伦兹力的特点1、洛伦兹力永不做功由于洛伦兹力始终与电荷的运动方向垂直，所以它对电荷不做功，只改变电荷的运动方向，而不改变电荷的速度大小。
2、洛伦兹力与电荷的运动状态相关电荷的速度大小、方向以及磁场的强度和方向都会影响洛伦兹力的大小和方向。
三、洛伦兹力在现代科技中的应用1、质谱仪质谱仪是一种用于测量带电粒子质量和比荷的仪器。
其工作原理是利用电场对带电粒子进行加速，然后让粒子进入磁场，通过测量粒子在磁场中的偏转半径来计算粒子的质量和比荷。
在质谱仪中，洛伦兹力起到了使粒子偏转的关键作用。
假设一个电荷量为 q、质量为 m 的粒子，经过加速电压 U 加速后，获得的速度为 v。
根据动能定理，有 qU ＝ 1/2mv²，解得 v ＝√（2qU/m)。
当粒子进入磁感应强度为 B 的磁场中时，受到洛伦兹力 F ＝ qvB，粒子做圆周运动，其半径 r ＝ mv/qB。
通过测量偏转半径 r 和已知的磁场强度 B、加速电压 U 以及电荷量 q，就可以计算出粒子的质量 m。
2、回旋加速器回旋加速器是一种利用电场加速和磁场偏转来使带电粒子获得高能量的装置。
在回旋加速器中，带电粒子在两个半圆形的金属盒之间被电场加速，然后在磁场中做圆周运动。
由于洛伦兹力的作用，粒子的运动轨迹是一个不断增大半径的螺旋线。
当粒子的速度增加时，其在磁场中的偏转半径也会增大。
通过不断调整电场的频率，使得粒子在每次通过电场时都能被加速。
经过多次加速，粒子可以获得很高的能量。
3、磁流体发电机磁流体发电机是一种新型的高效发电装置。
洛伦兹力在现代科技上的应用(正式)
B. a 处离子浓度大于b 处离子浓度
C. 溶液的上表面电势高于下表面电势 D. 溶液的上表面处 离子浓度大于下表面处 的离子浓度 c
N Z
y
B b d x
I
a
磁流体发电机
M v
电磁流量计
B b c
霍尔效应
N
a
ε=Ed=Bvd
（空心导体－
Ub U 1 IBd 1 IB Q vS H nq S nq b B
U U Bvq q v c Bc
B
Q 公式：
Ub Q vS B
c a
b
四、霍尔效应
1、定义：当通电的导体处在垂直于电流方向的 磁场中时，在导体的上、下表面产生电压 金属导体
I f
v
d
f
qE
E
2、哪一面电势高，与导电粒子的种类有关。
3、霍尔电压的计算式：
霍尔电压：UH=Bvd.
B d
直线加速器
最大直线加速器：
斯坦福大学
直线加速器
2英里长直线加速管
（2）、回旋加速器
直线加速器缺点： 体积大，占地大。
1932年美国科学家劳伦斯发明了回旋加速 器,1939年获得了诺贝尔物理学奖。
美国费米加速器实验室
北京正负电子对撞 机：能量达到3GeV
欧洲大型强子对撞机（LHC）是最大的粒子加速器，
故总时间==磁场时间。
3、匀速圆周运动的最大半径=D形盒的半径。 4、在粒子的质量、电荷量确定的情节下，粒子的最
大动能只与D形盒的半径R和磁感应强度B有关，与加
速电压U无关。
（1）.直线加速器
+
+
《洛伦兹力的应用》 知识清单
《洛伦兹力的应用》知识清单一、洛伦兹力的定义与特点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，所受到的洛伦兹力 F 可以用公式 F ＝qvBsinθ 来表示，其中 q 为电荷的电荷量，θ 为速度方向与磁场方向的夹角。
洛伦兹力具有以下几个重要特点：1、洛伦兹力始终与电荷的运动方向垂直，所以洛伦兹力永远不做功。
这意味着它只会改变电荷的运动方向，而不会改变电荷的速度大小。
2、洛伦兹力的大小与电荷量、速度、磁场强度以及速度方向与磁场方向的夹角有关。
当夹角为 0 度或 180 度时，洛伦兹力为 0；当夹角为 90 度时，洛伦兹力最大。
二、洛伦兹力在现代科技中的应用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。
其工作原理基于洛伦兹力对带电粒子的偏转作用。
在质谱仪中，样品被电离成带电粒子，然后这些粒子在加速电场中获得一定的速度。
进入磁场后，由于不同质量的粒子在洛伦兹力的作用下偏转半径不同，从而可以通过测量偏转半径来确定粒子的质量。
2、回旋加速器回旋加速器是一种用于加速带电粒子的装置。
带电粒子在回旋加速器的两个半圆形的空心金属盒之间被电场加速，同时在磁场中受到洛伦兹力而做圆周运动。
通过不断地在电场中加速和在磁场中回旋，粒子的速度和能量逐渐增加。
3、磁流体发电机磁流体发电机是一种新型的发电装置。
其工作原理是利用高温等离子体（一种带电的气体）在磁场中运动时，等离子体中的正负离子在洛伦兹力的作用下分别向不同的电极移动，从而在电极之间产生电势差，实现发电。
4、霍尔效应霍尔效应是指当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差。
这是由于导体中的载流子（如电子）在磁场中受到洛伦兹力而发生偏转，导致一端聚集较多的电子，从而产生电势差。
霍尔效应在测量磁场强度、判断半导体材料的类型等方面有着广泛的应用。
三、洛伦兹力在日常生活中的应用1、电视机显像管在电视机的显像管中，电子枪发射出的电子在偏转磁场的作用下发生偏转，从而使电子能够准确地打在屏幕的不同位置上，形成图像。
磁场(解析版)—2025年高考物理一轮复习知识清单
磁场带电粒子在匀强电场中做类抛体运动的相关计算掌握磁场和磁感应强度的概念，会用磁感线描述磁场，熟悉几种常见磁场模型的磁感线分布图；会判断安培力的方向，能够计算安培力的大小，会分析计算安培力作用下导体的平衡与加速问题；掌握洛伦兹力的概念，会分析和计算带电粒子在有界磁场中运动的临界、极值问题，会分析计算带电粒子在组合场、叠加场中的问题；掌握带电粒子在磁场中的多解问题、交变磁场和立体空间中的问题；了解与磁场相关的仪器，重点掌握质谱仪、回旋加速器和霍尔效应的原理。
核心考点01 磁场中的概念一、磁场 (4)二、磁感线 (4)三、磁感应强度 (6)四、磁通量 (8)核心考点02 安培力 (10)一、安培力的方向 (10)二、安培力的大小 (11)三、安培力作用下导体的平衡与加速问题 (12)核心考点03 洛伦兹力 (14)一、洛伦兹力 (14)二、带电粒子在匀强磁场中的运动 (15)三、有界匀强磁场的运动模型 (18)四、动态圆模型 (22)五、带电粒子在组合场中的运动 (24)六、带电粒子在叠加场中的运动 (27)七、带电粒子在交变磁场的运动 (30)八、带电粒子在磁场中的多解问题 (32)九、带电粒子在立体空间的运动 (34)核心考点04 与磁场相关的仪器 (36)一、速度选择器 (36)二、质谱仪 (37)三、回旋加速器 (39)四、磁流体发电机 (41)五、电磁流量计 (42)六、霍尔效应模型 (43)01一、磁场1、磁性物质吸引铁、钴、镍等物质的性质。
2、磁体具有磁性的物体，如磁铁。
3、磁极磁体上磁性最强的区域。
任何磁体都有两个磁极，一个叫北极（N极），另一个叫南极（S极）。
并且，任何一个磁体都有两个磁极，无论怎样分割磁体，磁极总是成对出现，不存在磁单极。
【注意】同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
4、磁场的定义磁体或电流周围存在的一种特殊物质，能够传递磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间的相互作用。
电磁场在现代科技中的应用
电磁场在科学技术中的应用电磁场在科学技术中的应用，主要有两类，一类是利用电磁场的变化将其他信号转化为电信号，进而达到转化信息或自动控制的目的；另一类是利用电磁场对电荷或电流的作用，来控制其运动，使其平衡、加速、偏转或转动，已达到预定的目的。
例如： 密立根实验—电场力与重力实验速度选择器—电场力与洛伦兹力的平衡 直线加速器—电场的加速质谱仪—磁场偏转 示波管—电场的加速和偏转回旋加速器—电场加速、磁场偏转 电流表—安培力矩电视机显像管—电场加速、磁场偏转 电动机—安培力矩磁流体发电—电场力与洛伦兹力的平衡霍尔效应—电场力与洛伦兹力作用下的偏转与平衡 磁流体发电机—电场力与洛伦兹力作用下的偏转与平衡讨论与电磁场有关的实际问题，首先应通过分析将其提炼成纯粹的物理问题，然后用解决物理问题的方法进行分析。
这里较多的是用分析力学问题的方法；对于带电粒子在磁场中的运动，还特别应注意运用几何知识寻找关系。
解决实际问题的一般过程：经典问题【例题1】（2001年高考理综卷）图1是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。
设法使某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器A 中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变成正一价的分子离子。
分子离子从狭缝s 1以很小的速度进入电压为U 的加速电场区（初速不计），加速后，再通过狭缝s 2、s 3射入磁感应强度为B 的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ 。
最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面而且平行于狭缝s 3的细线。
若测得细线到狭缝s 3的距离为d（1）导出分子离子的质量m 的表达式。
若不能解决 科学技术问题 提取信息分析、判断 复合场问题 电场问题 磁场问题 构建物理模型 解决问题、检验（2）根据分子离子的质量数M 可用推测有机化合物的结构简式。
若某种含C 、H 和卤素的化合物的M 为48，写出其结构简式。
（3）现有某种含C 、H 和卤素的化合物，测得两个M 值，分别为64和66。
高中物理电场磁场知识点总结
点电荷 等量异种电荷 等量同种电荷
静电平衡 （静电屏蔽）
电容器 （动态问题）
同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引Fra bibliotek库仑定律
磁体(qm)
磁场强度 H
磁体(qm)
分子 电流
B 0H
变化的电场 运动电荷(q、v) 右手螺旋定则 磁感应强度 B
Iq t
(I、L)通电导线
右手螺旋定则 Bk I r
磁感线 安培定律
f qvB
左手定则
运动电荷(q、v⊥)
只 有
磁
I nqSv∥，F Nf
场
左手定则 F IL B
通电导线(I、L⊥)
同向电流相互吸引，反向电流相互排斥
组
产源
磁场 运动 电荷 Q
受体
合
场
复
合
分布
电场线
线你由 面密高 垂我指 直密低
等势面
q
电势能 Ep
通电导线 平衡、运动
运动电荷(v∥B) 匀速直线运动
运动电荷(v⊥B) 匀速圆周运动
速度选择器
质谱仪 磁流体发电机 电磁流量计
霍尔效应 回旋加速器
加减速直线运动 偏转类平抛运动
示波管 （结构、图像）
交变电场 （直线、偏转）
示波管结构图像交变电场直线偏转磁流体发电机电磁流量计霍尔效应静电平衡静电屏蔽电荷q电场强度e电势差u电势静电力f静电力的功w电势能ep电场线等势面电场电荷q分布abababab受体磁场运动电荷qvil通电导线磁感应强度b磁体qm磁场强度h分子电流变化的电场右手螺旋定则右手螺旋定则安培定律库仑定律同名磁极相互排斥异名磁极相互吸引通电导线il同向电流相互吸引反向电流相互排斥磁体qm运动电荷qv通电导线平衡运动运动电荷vb匀速直线运动运动电荷vb匀速圆周运动回旋加速器质谱仪速度选择器电容器动态问题地磁场通电直导线条形磁铁蹄形磁铁通电螺线管通电圆环点电荷等量异种电荷等量同种电荷加减速直线运动偏转类平抛运动
回旋加速器磁流体发电机电磁流量计
1.(多选)一质子以速度v穿过互相垂直的电场和磁场区域
BD 而没有发生偏转，则(
)
A．若电子以相同速度v射入该区域，将会发生偏转 B．无论何种带电粒子，只要以相同速度v射入都不会发生 偏转
C．若质子的速度v′＜v，它将向下偏转而做类似平抛运动 D．若质子的速度v′＞v，它将向上偏转，其运动轨迹既不 是圆弧也不是抛物线
拓展：1.若元件是金属元件，则电势差
UCD
0
若元件的载流子是正电荷，则电势差
UCD
0
b a
d
2.已知单位体积内自由电子为n个，电 量为q,工作面边长为a、b,厚度为d,通 入的电流I,磁感应强度B，求霍尔电压？ （实物投影学生做的）
知识点二 电场、磁场分区域组合的应用实例
1．质谱仪 (1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、磁场和照相底 片等构成．
考纲展示 质谱仪和回旋加速器(Ⅰ)
知道速度选择器、质谱仪
复习目标
、回旋加速器、磁流体发 电机、电磁流量计、霍尔
元件的工作原理及应用
知识点一 带电粒子在复合场中运动的应用实例
1．速度选择器(如图)
(1)平行板间电场强度E和磁感应强度B互相 垂直．这种装置 能把具有一定 速度 的粒子选择出来，所以叫做速度选择器． (2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE＝ qvB ，即v＝E/B .
①在电场中加速：qU＝12m(vn2－v2n－1)＝ΔEk. ②在磁场中旋转：qvB＝mvR2，得 R＝mqBv.
③回旋加速条件：高频电源的周期 T 电场与带电粒子在 D 2πm
形盒中运动的周期 T 回旋相同，即 T 电场＝T 回旋＝ qB . ④加速不同比荷的粒子怎么办？
⑤粒子在加速器中的运动圈数？运动时间t？
2024届新高考物理知识点总结大全(2024.5.28考前必看)
新高考物理知识点总结大全（2024.5.27）力学一、*机械运动及其描述1.机械运动及其描述2.描述运动的物理量二、直线运动1.直线运动2.匀变速直线运动3.匀变速直线运动规律的应用4.运动图像、V-T图像三、相互作用---力1.力2.重力3.弹力4.摩擦力5.力的合成与分解6.共点力平衡7.受力分析的方法8.平衡问题中常见的临界与极值四、运动和力的关系1.牛顿第一定律2.牛顿第二定律3.牛顿第三定律4.牛顿运动定律的应用5.斜面、连接体、传送带、板块等模型五、曲线运动1.曲线运动的理解2.运动的合成与分解3.抛体运动4.圆周运动六、万有引力与宇宙航行1.开普勒行星运动定律2.万有引力定律3.万有引力定律的应用（1）三大宇宙速度（2）引力势能及其应用（3）同步卫星、近地卫星、一般卫星（4）双星、多星系统问题（5）潮汐问题（6）中子星与黑洞问题（7）拉格朗日点问题七、功和能1.功2.功率3.动能与动能定理4.重力势能和弹性势能5.机械能守恒定律6.能量守恒定律八、动量守恒定律1.动量2.冲量3.动量定理4.动量守恒定律5.动量守恒定律的应用（1）碰撞问题（2）爆炸问题（3）反冲问题（4）多过程问题九、机械振动与机械波1.机械振动2.机械波电磁学十、静电场1.电荷间的相互作用2.电场力的性质3.电场能的性质4.静电现象5.电容器6.带电粒子在电场中的运动十一、恒定电流1.电流2.导体的电阻3.部分电路欧姆定律4.电功和电功率5.焦耳定律6.非纯电阻电路7.电动势8.闭合电路的欧姆定律9.动态电路分析10.故障电路分析11.含容电路分析12.简单逻辑电路十二、磁场1.磁现象和磁场2.安培力3.洛伦兹力4.带电粒子在磁场中的运动5.带电粒子在复合场中的运动6.质谱仪、回旋加速器、霍尔效应、电磁流量计、磁流体发电机十三、电磁感应1.电磁感应现象2.感应电流方向的判断3.法拉第电磁感应定律4.电磁感应中的能量转化5.自感和涡流十四、交变电流1.交变电流的产生2.描述交变电流的物理量3.电感和电容对交变电流的影响4.变压器5.远距离输电十五、电磁波1.电磁波的产生与应用2.电磁波谱十六、传感器1.传感器及其元件2.传感器的应用热学十七、分子动理论1.阿伏伽德罗常数2.分子的大小3.扩散现象4.布朗运动5.分子热运动6.分子间的相互作用力7.分子势能8.温度和温标9.物体的内能十八、气体、固体、液体1.气体2.固体3.液体4.饱和汽和饱和汽压5.物态变化十九、热力学定律1.热力学第一定律2.能量守恒定律3.热力学第二定律4.热力学第三定律5.能源与可持续发展二十、*热机、制冷机1.热机原理与热机效率2.内燃机原理3.*汽轮机与发电机4.*制冷剂原理5.*电冰箱与空调光学二十一、光的传播与反射1.光沿直线传播2.光的反射二十二、光的折射1.光的折射定律二十三、全反射1.全反射现象2.全反射的条件3.全反射的应用二十四、光的干涉1.双缝干涉2.薄膜干涉二十五、光的衍射1.衍射图样2.衍射条件二十六、*光的颜色与色散1.光的颜色2.三棱镜色散二十七、光的偏振1.偏振现象及其解释2.偏振的应用二十八、激光1.激光的原理和产生条件2.激光的特点及其应用近代物理二十九、波粒二象性1.能量的量子化2.光电效应3.康普顿效应4.物质的波粒二象性三十、原子结构1.电子的发现2.核式结构模型3.波尔的原子模型三十一、原子核1.原子核的组成2.放射性元素衰变3.核力和结合能4.核能5.粒子和宇宙三十二、*相对论简介1.狭义相对论2.时间和空间的相对性3.广义相对论物理实验（共16个）一、物理实验基础1.常用仪器的使用与读数2.误差和有效数字二、力学实验1.研究匀变速直线运动（1）测量做直线运动物体的瞬时速度（2）测定匀变速直线运动的加速度2.*利用单摆测定重力加速度3.探究弹力和弹簧伸长的关系*测量动摩擦因数4.验证力的平行四边形定则5.验证牛顿运动定律6.曲线运动（1）探究平抛运动的特点（2）用频闪相机研究平抛运动（3）探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系（4）探究功与物体速度变化的关系7.探究动能定理（1）探究动能定理（2）用现代方法验证动能定理8.验证机械能守恒定律9.验证动量守恒定律（1）验证动量守恒定律（2）用现代方法验证动量守恒定律三、电学实验10.描绘小电珠的伏安特性曲线11.测定金属的电阻率（1）伏安法测量未知电阻（2）半偏法测量电表内阻（3）测量电阻丝的电阻率（4）特殊方法测电阻12.测定电源的电动势和内阻13.练习使用多用电表14.传感器的简单使用*观察电容器充、放电现象*探究影响感应电流方向的因素*探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系四、热学实验（1）用油膜法估测分子的大小（2）气体实验定律五、光学实验（1）测量玻璃的折射率（2）测量折射率的创新方法（3）双缝干涉实验六、创新实验（1）力学创新实验（2）电学创新实验物理学史、方法、单位制一、物理学史二、方法三、单位制1.力学单位制2.单位制和量纲【专题01】直线运动一、匀变速直线运动1.概念：沿着一条直线且加速度不变的运动。
高中物理选修3-1第一章知识点
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《洛伦兹力的应用》 知识清单
《洛伦兹力的应用》知识清单一、洛伦兹力的定义与特点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，所受到的洛伦兹力 F 的大小为 F ＝qvBsinθ，其中 q 为电荷的电荷量，θ 为速度方向与磁场方向的夹角。
洛伦兹力的特点包括：1、洛伦兹力始终与电荷的运动方向垂直，因此洛伦兹力永远不做功。
2、洛伦兹力只改变电荷运动的方向，而不改变其速度的大小。
二、洛伦兹力的应用领域1、质谱仪质谱仪是一种用于测量离子质荷比的仪器。
在质谱仪中，离子源产生的离子经过加速电场加速后进入磁场。
由于不同质荷比的离子在磁场中偏转的半径不同，通过测量离子偏转的半径，可以计算出离子的质荷比。
质谱仪在化学、物理学、生物学等领域有着广泛的应用，例如可以用于分析化合物的成分、测定同位素的相对丰度、研究蛋白质的结构等。
2、回旋加速器回旋加速器是一种利用磁场使带电粒子做回旋运动，同时利用电场对带电粒子进行加速的装置。
在回旋加速器中，带电粒子在磁场中做圆周运动，其周期与速度和半径无关。
通过周期性地改变电场的方向，使带电粒子不断被加速。
回旋加速器在核物理研究、放射性治疗、粒子探测等方面发挥着重要作用。
3、磁流体发电机磁流体发电机是一种将等离子体的动能直接转化为电能的装置。
在磁流体发电机中，高温、高速的等离子体通过磁场时，其中的正负离子在洛伦兹力的作用下分别向两个电极移动，从而在电极之间产生电势差，实现发电。
磁流体发电机具有效率高、功率大等优点，在未来的能源领域有着潜在的应用前景。
4、霍尔效应当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象称为霍尔效应。
霍尔效应是由于运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用而产生的。
通过测量霍尔电势差，可以确定导体中的载流子浓度、迁移率等参数。
霍尔效应在半导体材料的研究、磁传感器的制造等方面有着重要的应用。
三、洛伦兹力应用中的相关计算1、带电粒子在磁场中的运动轨迹当带电粒子在磁场中运动时，如果初速度方向与磁场方向垂直，粒子将做匀速圆周运动。