高中物理 第6章 磁场对电流和运动电荷的作用 第3节 洛伦兹力的应用学案 鲁科版选修.doc

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1、第3节洛伦兹力的应用1.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，轨道半径与粒子的运动速度成正比，与粒子质量成正比，与电荷量和磁感应强度成反比，即r＝。2．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，运动周期与质量成正比，与电荷量和磁感应强度成反比，与轨道半径和运动速率无关，即T＝。3．回旋加速器的电场周期和粒子运动周期相同。4．质谱仪把比荷不相等的粒子分开，并按比荷顺序的大小排列，故称之为“质谱”。带电粒子在磁场中的运动1．洛伦兹力不对粒子做功洛伦兹力它不改变粒子的速度大小，只改变粒子的运动方向。2．实验探究(1)实验装置：洛伦兹力演示仪，如图6－3－1所示。(2)

2、实验原理：玻璃泡内的电子枪(即阴极)发射出阴极射线，使泡内的低压汞蒸气发出辉光，这样就可显示出电子的轨迹。(3)实验现象：①当没有磁场作用时，电子的运动轨迹是直线。图6－3－1②当电子垂直射入磁场时，电子的运动轨迹是曲线。③当电子斜射入磁场时，电子的运动轨迹是螺旋线。3．带电粒子在洛伦兹力作用下的圆周运动(1)运动性质：匀速圆周运动。(2)向心力：由洛伦兹力提供。(3)半径：r＝mv/Bq。(4)周期：T＝2πm/Bq，由周期公式可知带电粒子的运动周期与粒子的质量成正比，与电荷量和磁感应强度成反比，而与运动半径和运动速率无关。解决匀速圆周运动问题的基本思路(

3、1)圆心的确定：带电粒子进入一个有界磁场后的轨迹是一段圆弧，如何确定圆心是解决此类问题的前提，也是解题的关键。一个最基本的思路是：圆心一定在与速度方向垂直的直线上，举例如下：①已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图6－3－2所示，图中P为入射点，M为出射点)。图6－3－2②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道的圆心(如图6－3－3所示，P为入射点，M为出射点)。图6－3－3(2)运动半径的确定：

4、画出入射点、出射点对应的半径，并作出相应的辅助三角形，利用三角形，求出半径的大小。(3)运动时间的确定：由t＝T确定通过某段圆弧所用的时间，其中T为该粒子做圆周运动的周期，转过的圆心角越大，所用时间越长。(4)几个有关的角及其关系：如图6－3－4所示，粒子做匀速圆周运动时，φ为粒子速度的偏向角，粒子与圆心的连线转过的角度α为回旋角(或圆心角)，AB弦与切线的夹角θ为弦切角，它们的关系为：φ＝α＝2θ，θ与相邻的弦切角θ′互补，即θ＋θ′＝180°。图6－3－41.三个质子分别以大小相等、方向如图6－3－5所示的初速度v1、v2和v3经过平板MN上的小孔O射入

5、匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，整个装置放在真空中，且各质子不计重力。这三个质子打到平板MN上的位置到小孔O的距离分别是s1、s2和s3，则(　　)图6－3－5A．s1s2>s3C．s1＝s2>s3D．s1＝s3

6、，质子3逆时针转过大于半圆周的一段圆弧到O点左方某处打到平板MN上，由质子1与3进入磁场的速度方向与MN夹角均为θ及圆周运动的半径相等可知，两质子打到MN上的位置相同，得到s1＝s3，所以s1＝s3

7、交变电压的周期(或频率)：与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期(或频率)相同。2．质谱仪(1)功能：分析各化学元素的同位素并测量其质量、含量。(2)原理图(如图6－3－7)：图6－3－7(3)工作原理：带电粒子在电场中加速：Uq＝mv2。①带电粒子在磁场中偏转：＝r，②Bqv＝。③由①②③得带电粒子的比荷：＝。对回旋加速器的理解(1)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，这些过程在回旋加速器的核心部件——两个D形盒和其间的窄缝内完成。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

8、运动，其周期与速率、半径均无关(T＝)，带电粒子每次