资源简介

一、知识梳理与整合
1、安培力—磁场对通电导线的作用力
方向：
左手定则
（四指指向电流方向）
大小：
F=ILBsinθ
应 用
一、知识梳理与整合
2、洛伦兹力—磁场对运动电荷的作用力
方向：
左手定则
（四指指向正电荷运动方向或负电荷运动反方向）
大小：
F=qvBsinθ
磁偏转
应 用
一、知识梳理与整合
安培力与洛伦兹力的关系
安培力
洛伦兹力
磁场力
宏 观
微 观
(1)画出金属杆的截面图。由三角形法则得,只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小,B也最小，此时B的方向垂直于导轨平面斜向左上方。
解析：
【例题1】如图所示,光滑导轨与水平面成α角,导轨宽为l。匀强磁场的磁感应强度为B。金属杆长为l，质量为m,水平放在导轨上。当回路总电流为I1时,金属杆正好能静止。求:
(1)这时B至少多大?B 的方向如何?
(2)若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上,应
把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止?
根据左手定则,这时B应垂直于导轨平面向上,大小满足BI1l=mgsin α,B=????????????????????????????????????。
?
(2)当B的方向改为竖直向上时,安培力的方向变为水平向右,要使金属杆保持静止,应使沿导轨方向的合力为零,得BI2lcos α=mgsin α，I2=????????????????????????。
?
【例题2】某科研单位制成了能把2.2 g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到10 km/s的电磁炮(常规炮弹的速度约为2 km/s)。如图所示,若轨道宽为2 m,长为100 m,通过的电流为10 A,试求轨道间所加匀强磁场的磁感应强度大小。(轨道摩擦不计)
根据2ax=?????????????????????????得炮弹的加速度大小为a=????????????????????=(????????×????????????)????????×???????????? m/s2=5×105 m/s2。
?
解析：
根据牛顿第二定律F=ma得炮弹所受的安培力
F=ma=2.2×10-3×5×105 N=1.1×103 N。
根据安培力公式F=IlB,
得B=????????????=????.????×????????????????????×???? T
?
B=55 T
一、知识梳理与整合
3、带电粒子在匀强磁场中的运动
洛伦兹力
提供向心力
⑴轨道半径：
⑵运动周期：
⑶动能：
对于确定磁场，有 ，仅由粒子种类决定，与r和v无关。
U
回旋加速器
1.在磁场中做圆周运动,周期不变
2.每一个周期加速两次
3.电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同
4.电场一个周期中方向变化两次
5.粒子加速的最大速度由盒的半径决定
6.电场加速过程中,时间极短,可忽略
问题探究
(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，并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．
(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，须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．
带电粒子的最终能量
当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由r =mv/qB得v = rqB/m，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．
【例3】关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是：
A.电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋
B.电场和磁场同时用来加速带电粒子
C.同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由加速电压决定
D.同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由磁感应强度B决定和加速电压决定
答案:A
粒子在电场中做加速运动,在磁场中做圆周运动
粒子获得的最大动能由粒子受到的洛伦兹力提供向心力求解
典例分析
质谱仪
电离室
加速电场
偏转磁场
照相底片
速度选择器
1.质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量、轨道半径确定其质量的仪器。
⑤照相底片：记录不同粒子偏转位置及半径
②加速电场：使带电粒子获得速度
③粒子速度选择器：以相同速度进入偏转磁场
④偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离
2.结构及作用 ：
①电离室：使中性气体电离，产生带电粒子
原理图
????
?
????
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????
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????
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????0
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????1
?
????2
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加速电场
速度选择器
3.原理：
经加速电场获得速度????：
?
经速度选择器时速度为????????：
?
在偏转磁场中：
质谱仪
Eq=Bqv0
由于粒子的比荷不同，则做圆周运动的半径也不同，因此打到不同的位置。
4.作用：
①可测粒子的质量及比荷
②与已知粒子半径对比可发现未知的元素和同位素
【例2】一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为零，（1）求粒子进入磁场时的速率。
思路引导
粒子在S1S2间做初速度为零的加速运动，电场力做功，可利用动能定理求解
例题分析
【例2】 经过S3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D上。
（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径
思路引导
粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力
半径不同，意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子
例题分析
本课小结
一、带电粒子在磁场中的运动
平行磁感线进入：做匀速直线运动
垂直磁感线进入：做匀速圆周运动
半径：R＝
mv
qB
周期：T＝
2πm
qB
三、质谱仪：研究同位素（测荷质比）的装置
由加速电场、速度选择器、偏转磁场组成
二、回旋加速器：使带电粒子获得高能量的装置
由D形盒、高频交变电场等组成
速度选择器
霍尔元件
磁流体发电机
电动势与磁感应强度、两板间距、喷射速度有关。
只选择粒子速度，不选择电量、电性、比荷。
霍尔电压与电流、磁感应强度乘积成正比，与h无关。d为沿磁场方向距离。
F
f
f
F
F
f
五、带电粒子在复合场中的运动

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