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(共56张PPT)
第一章　磁场对电流的作用
4.洛伦兹力的应用
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核心素养：1.会分析带电粒子在匀强磁场中的偏转. 2.了解质谱仪的原理及应用. 3. 了解回旋加速器的原理及应用.
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研习任务一　利用磁场控制带电粒子运动
合作　讨论
如图所示，磁场半径为r，磁感应强度大小为B，一质量为m、电荷量为＋q的粒子， 以速度v0沿半径方向射入磁场，从Q点沿半径方向射出磁场，速度方向偏转角度为θ， 试求偏转角度θ的大小.（用q、r、B、m、v0表示）
如图所示
教材　认知
1. 磁场控制带电粒子运动的特点：只改变带电粒子速度方向，不改变带电粒子速度 大小.
2. 磁场控制带电粒子在磁场中运动的基本思路
（1）圆心的确定
圆心位置的确定通常有以下两种基本方法：①已知入射方向和出射方向时，可以过入 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（如图甲所示，P为入射点，M为出射点）.
②已知入射方向和出射点的位置时，可以过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和 出射点，作连线的中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心（如图乙所示，P 为入射点，M为出射点）.
研习　经典
[典例1]　如图所示，一带电荷量为2.0×10－9 C、质量为1.8×10－16 kg的粒子，从直 线上一点O沿与PO成30°角的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，经过1.5×10－ 6 s后到达直线上的P点，求：
（1）粒子做圆周运动的周期；
答案：（1）1.8×10－6 s　
解析：（1）作出粒子的运动轨迹如图所示，由图可知粒子由O到P的大圆弧所对的圆心角为300°，
（2）磁感应强度B的大小；
答案：（2）0.314 T
（3）若O、P之间的距离为0.1 m，则粒子的运动速度的大小.
答案：（3）3.49×105 m/s
对应　训练
A. 电子经过磁场时速度增大
B. 欲使电子束打在荧光屏上的A点，偏转磁场的方向应垂直纸 面向里
C. 欲使电子束打在荧光屏上的B点，偏转磁场的方向应垂直纸 面向外
D. 欲使电子束打在荧光屏上的位置由A点调整到B点，应调节偏 转线圈中的电流使磁场增强
C
解析：洛伦兹力方向与速度方向垂直，不做功，电子的速度大小不变，A错误；欲使 电子束打在荧光屏上的A、B点，偏转磁场的方向应垂直纸面向外，B错误，C正确； 由A点调整到B点，应减小电子的偏转程度，故应调节偏转线圈中的电流使磁场减 弱，D错误.
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研习任务二　质谱仪
合作　讨论
如图所示为质谱仪原理示意图.设粒子质量为m、电荷量为q，加速电场电压为U，偏 转磁场的磁感应强度为B，粒子从容器A下方的小孔S1飘入加速电场，其初速度几乎为 0.则粒子进入磁场时的速度是多大？打在底片上的位置到S3的距离多大？
教材　认知
1. 构造：主要构件有 、 和照相底片.
加速电场　
偏转磁场　
同位素　
研习　经典
[典例2]　如图所示，两平行金属板间距为d，电势差为U，板间电场可视为匀强电 场；金属板下方有一磁感应强度为B的匀强磁场，带电量为＋q、质量为m的粒子，由 静止开始从正极板出发，经电场加速后射出，并进入磁场做匀速圆周运动，忽略重力 的影响，求：
（1）匀强电场场强E的大小；
（2）粒子从电场射出时速度v的大小；
（3）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R.
名师点评
　　质谱仪其实是带电粒子在组合场中运动的一个应用，只要熟知带电粒子在电场和 磁场中的运动规律就可以轻松解答这类问题.
对应　训练
ABD
A. 粒子一定带正电
D. 若一束离子从静止开始经过上述过程都落在胶片
上同一点，则该束离子具有相同的比荷
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研习任务三　回旋加速器
合作　讨论
劳伦斯设计并研制出了世界上第一台回旋加速器，为进行人工可控核反应提供了强有 力的工具，大大促进了原子核、基本粒子的实验研究.请思考：
（1）在回旋加速器中运动的带电粒子的动能来自于电场，还是磁场？
提示：（1）带电粒子的动能来自于电场.
（2）对交流电源的周期有什么要求？
提示：（2）交流电源的周期应等于带电粒子在磁场中运动的周期.
（3）带电粒子从回旋加速器中出来时的最大动能与哪些因素有关？
教材　认知
1. 构造：两个D形盒、两D形盒接交流电源，D形盒处于垂直于D形盒的匀强 中，如图所示.
磁场　
2. 工作原理
（1）D1和D2之间有一定的电势差U，A处的粒子源产生的带电粒子，在两盒之间被电 场 .
（2）两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，粒子在磁场中做 运动.
（3）经过半个圆周，粒子再次到达两盒间的缝隙，两盒间的电势差改变 ， 粒子再一次被加速.如此循环往复，粒子的速度就能够增加到很大.
3. 粒子被加速的条件
交变电场的周期等于粒子在磁场中运动的周期.
加速　
匀速圆周　
正负　
4. 粒子最终的能量
研习　经典
[典例3]　用电源频率为f的回旋加速器对电荷量为q、质量为m的氦核加速，使氦核的 能量达到Ek.则这个回旋加速器的半径r为多大？
名师点评
　　交变电源的周期（频率）与粒子运动的周期（频率）相同，以及洛伦兹力提供粒 子做圆周运动的向心力，是解决回旋加速器问题的关键.
对应　训练
A. 质子能量来源于磁场
B. 减小交变电压U，则质子在加速器中运行时间将变长
BC
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课时作业（四）
[基础训练]
A. 回旋加速器是利用磁场对运动电荷的作用使带电粒子的速度增大的
B. 回旋加速器使粒子获得的最大动能与加速电压成正比
C. 回旋加速器是通过多次电场加速使带电粒子获得高能量的
D. 带电粒子在回旋加速器中不断被加速，因而它做圆周运动一周所用的时间越来
越短
C
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A. 进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚
B. 进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚
C. 在磁场中运动时间由大到小排列的顺序是氕、氘、氚
D. a、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氕、氘、氚
A
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A. 带电粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关
B. 带电粒子每运动一周被加速一次
C. 图中P1P2等于P2P3
D. 加速电场方向不需要做周期性的变化
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A. 保持B和T不变，该回旋加速器可以加速质子
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A. 质谱仪是分析同位素的重要工具
B. 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向内
D. 粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小
AC
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A. 粒子从电场中获得能量
B. 粒子获得最大速度与回旋加速器半径有关
C. 粒子获得最大速度与回旋加速器内的电场有关
D. 回旋加速器中的电场和磁场交替对带电粒子做功
AB
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A. 粒子带负电
B. 速度选择器中匀强磁场的方向垂直纸面向外
BCD
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A. 如果只增大交变电压U，质子在加速器中运行时间将变短
B. 如果只增大交变电压U，质子的最大动能会变大
C. 质子的最大动能跟磁感应强度B成正比
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[能力提升]
B
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C D
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A. 5∶4 B. 4∶5
C. 25∶16 D. 16∶25
C
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11. 质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，其构造原理如图所 示，离子源S产生质量为m、电荷量为q、初速度为0的某种正离子，离子经过电压U加 速后形成离子流，然后从S1处垂直于磁场进入矩形ABCD区域内的匀强磁场中，运动 半周到达记录它的照相底片上的P点，已知P与S1的距离为x，离子形成的等效电流为 I. 求：
（1）磁场的磁感应强度；
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（2）在时间t内到达照相底片P上的离子个数.
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