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1、洛洛伦兹伦兹力力综综合分析合分析核心要点突破核心要点突破V V/B BV VB B F F洛洛=0=0匀速直线运动匀速直线运动 F F洛洛=qBvBv匀速圆周运动匀速圆周运动一、利用磁场控制带电粒子的运动一、利用磁场控制带电粒子的运动1、2特点：只改变带电粒子的特点：只改变带电粒子的_，不，不改变带电粒子的改变带电粒子的_运运动动方向方向速度大小速度大小二、二、质谱仪质谱仪和回旋加速器和回旋加速器1质谱仪质谱仪原理原理图图：qUqvB质质量量m质质量量同位素同位素2回旋加速器回旋加速器(1)构造构造图图：如：如图图353图图353回旋加速器的核心部件是两个回旋加速器的核心部件是两个_.D形盒形
2、盒不不变变特特别别提醒：提醒：(1)电电子子、质质子子、粒粒子子等等一一般般不不计计重重力力，带带电电小小球球、尘尘埃埃、液液滴滴等等带带电电颗颗粒粒一一般般要要考考虑虑重重力力的作用的作用(2)注意重力、注意重力、电场电场力做功与路径无关，洛力做功与路径无关，洛伦兹伦兹力始力始终终和运和运动动方向垂直、永不做功的特点方向垂直、永不做功的特点课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一带电带电粒子在有界磁粒子在有界磁场场中的运中的运动动例例例例1 1 如如图图所所示示，一一束束带带电电粒粒子子以以速速度度v0垂垂直直射射入入磁磁感感应应强强度度为为B、半半径径为为r的的圆圆形形匀匀强强磁磁场场区区域域
3、中中，穿穿透透磁磁场场时时速速度度方方向向与与原原来来入入射射方方向向的的夹夹角角是是60，则则粒粒子子的的比比荷荷是是_，穿穿透透磁磁场场的的时时间间是是_变变式式训训练练1 图图1是是电电子子射射线线管管示示意意图图.接接通通电电源源后后，电电子子射射线线由由阴阴极极沿沿x轴轴方方向向射射出出,在在荧荧光光屏屏上上会会看看到到一一条条亮亮线线.要要使使荧荧光光屏屏上上的的亮亮线线向向下下（z轴轴负负方方向向）偏偏转转，在在下下列列措措施施中中可可采采用用的的是是_。A加一磁场，磁场方向沿加一磁场，磁场方向沿z轴负方向轴负方向B加一磁场，磁场方向沿加一磁场，磁场方向沿y轴正方向轴正方向C加一
4、电场，电场方向沿加一电场，电场方向沿z轴负方向轴负方向D加一电场，电场方向沿加一电场，电场方向沿y轴正方向轴正方向xyzO阴极阴极电子束电子束狭缝狭缝荧光屏荧光屏阳极阳极图图1B变式训练变式训练2：如图，有如图，有如图，有如图，有a a a a、b b b b、c c c c、d d d d四个离子，它们四个离子，它们四个离子，它们四个离子，它们带等量同种电荷，质量不等，有带等量同种电荷，质量不等，有带等量同种电荷，质量不等，有带等量同种电荷，质量不等，有m m m ma a a a=m m m mb b b bm m m mc c c c=m m m md d d d，以不，以不，以不，以不
5、等的速率等的速率等的速率等的速率v v v va a a av v v vb b b b=v v v vc c c cv v v vd d d d进入速度选择器后，有两种离进入速度选择器后，有两种离进入速度选择器后，有两种离进入速度选择器后，有两种离子从速度选择器中射出，进入子从速度选择器中射出，进入子从速度选择器中射出，进入子从速度选择器中射出，进入B B B B2 2 2 2磁场，由此可判定（磁场，由此可判定（磁场，由此可判定（磁场，由此可判定（）A A A A射向射向射向射向P P P P1 1 1 1的是的是的是的是a a a a离子离子离子离子B B B B射向射向射向射向P P P
6、 P2 2 2 2的是的是的是的是b b b b离子离子离子离子C C C C射向射向射向射向A A A A1 1 1 1的是的是的是的是c c c c离子离子离子离子D D D D射向射向射向射向A A A A2 2 2 2的是的是的是的是d d d d离子离子离子离子A A变变式式训训练练3如如图图所所示示，在在圆圆形形区区域域里里，有有匀匀强强磁磁场场，方方向向如如图图所所示示，有有一一束束速速率率各各不不相相同同的的质质子子自自A点点沿沿半半径径方方向向射射入入磁磁场场，这这些些质质子子在磁在磁场场中中()A运运动动时时间间越越长长的的，其其轨轨迹迹所所对对应应的的圆圆心心角角越大越大
7、B运运动时间动时间越越长长的，其的，其轨轨迹越迹越长长C运运动时间动时间越短的，射出磁越短的，射出磁场时场时，速率越小，速率越小D运运动动时时间间越越短短的的，射射出出磁磁场场时时，速速度度方方向向偏偏转转越小越小类型二类型二对质谱仪的理解和应用对质谱仪的理解和应用例例例例2 2 如如图图所所示示是是测测量量带带电电粒粒子子质质量量的的仪仪器器的的工工作作原原理理示示意意图图设设法法将将某某有有机机化化合合物物的的气气态态分分子子导导入入图图中中所所示示的的容容器器A中中，使使它它受受到到电电子子束束轰轰击击，失失去去一一个个电电子子变变成成正正一一价价的的分分子子离离子子分分子子离离子子从从
8、狭狭缝缝S1以以很很小小的的速速度度进进入入电电压压为为U的的加加速速电电场场区区(初初速速不不计计)，加加速速后后，再再通通过过狭狭缝缝S2、S3射射入入磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场，方方向向垂垂直直于于磁磁场场区区的的界界面面PQ.最最后后，分分子子离离子子打打到到感感光光片片上上，形形成成垂垂直直于于纸纸面面而而且且平平行行于于狭狭缝缝S3的的细细线线若若测测得得细细线线到到狭狭缝缝S3的的距距离离为为d，导导出出分分子子离离子子的的质质量量m的表达式的表达式【规规律律总总结结】熟熟练练掌掌握握带带电电粒粒子子在在电电场场中中加加速速和和磁磁场场中中做做匀匀速速圆圆周周
9、运运动动的的公公式式，才能才能较较好地解决好地解决题题目目类型三类型三回旋加速器的应用回旋加速器的应用例例例例3 3 回回旋旋加加速速器器是是用用来来加加速速带带电电粒粒子子使使它它获获得得很很大大动动能能的的仪仪器器，其其核核心心部部分分是是两两个个D形形金金属属盒盒，两两盒盒分分别别和和一一高高频频交交流流电电源源两两极极相相连连，以以便便在在盒盒间间的的窄窄缝缝中中形形成成匀匀强强电电场场，使使粒粒子子每每次次穿穿过过窄窄缝缝都都得得到到加加速速，两两盒盒放放在在匀匀强强磁磁场场中中，磁磁场场方方向向垂垂直直于于盒盒底底面面，粒粒子子源源置置于于盒盒的的圆圆心心附附近近，若若粒粒子子源源
10、射射出出的的粒粒子子电电荷荷量量为为q，质质量量为为m，粒粒子子最最大大回回旋旋半径半径为为Rm，其运，其运动轨动轨迹如迹如图图所示，所示，问问：(1)粒子在盒内做何种运粒子在盒内做何种运动动？(2)所加交流所加交流电频电频率率应应是多大，粒子角速度是多大，粒子角速度为为多大？多大？(3)粒子离开加速器粒子离开加速器时时速度是多大，最大速度是多大，最大动动能能为为多少？多少？(4)设设两两D形盒形盒间电场间电场的的电势电势差差为为U，求加速到上述能量所，求加速到上述能量所需的需的时间时间(不不计计粒子在粒子在电场电场中运中运动动的的时间时间)【规规律律总结总结】求解此求解此题应题应注意以下两点
11、：注意以下两点：(1)交交流流电电的的周周期期与与粒粒子子做做圆圆周周运运动动的的周周期期相相同回旋加速器才能正常工作同回旋加速器才能正常工作(2)根据匀速根据匀速圆圆周运周运动动知知识识求出粒子最大速度求出粒子最大速度的表达式，再据此判断它与何物理量有关的表达式，再据此判断它与何物理量有关变变式式训训练练4用用回回旋旋加加速速器器来来加加速速质质子子，为为了了使使质质子子获获得得的的动动能能增增加加为为原原来来的的4倍倍，原原则则上上可以采用下列哪几种方法可以采用下列哪几种方法()A将其磁感将其磁感应应强强度增大度增大为为原来的原来的2倍倍B将其磁感将其磁感应应强强度增大度增大为为原来的原来
12、的4倍倍C将将D形盒的半径增大形盒的半径增大为为原来的原来的2倍倍D将将D形盒的半径增大形盒的半径增大为为原来的原来的4倍倍练习练习练习练习1 1：如：如：如：如图图图图所示，所示，所示，所示，质质质质量量量量为为为为mm、带电带电带电带电量量量量为为为为q q的粒子，的粒子，的粒子，的粒子，从两平行从两平行从两平行从两平行带电带电带电带电极板正中央垂直极板正中央垂直极板正中央垂直极板正中央垂直电场线电场线电场线电场线和磁感和磁感和磁感和磁感线线线线以速度以速度以速度以速度V V0 0飞飞飞飞入入入入场场场场区。已知板区。已知板区。已知板区。已知板间间间间距离距离距离距离为为为为d d，磁感，
13、磁感，磁感，磁感应应应应强强强强度度度度为为为为B B，这这这这时时时时粒子恰能沿直粒子恰能沿直粒子恰能沿直粒子恰能沿直线线线线穿穿穿穿过场过场过场过场区（不区（不区（不区（不计计计计重力）。重力）。重力）。重力）。现现现现将磁感将磁感将磁感将磁感应应应应强强强强度增大到某一数度增大到某一数度增大到某一数度增大到某一数值值值值，则则则则粒子将落到极板上，粒子将落到极板上，粒子将落到极板上，粒子将落到极板上，试试试试求求求求当粒子落到极板上当粒子落到极板上当粒子落到极板上当粒子落到极板上时动时动时动时动能的大小能的大小能的大小能的大小为为为为多少？多少？多少？多少？qBvqBvEqEq分析：分析
14、：电场力做负功，电场力做负功，洛论兹力不做功洛论兹力不做功练习练习练习练习2 2：在图中虚线所围的区域内，存在电场强度为在图中虚线所围的区域内，存在电场强度为E的匀强电场和磁感强度为的匀强电场和磁感强度为B的匀强磁场已知从左方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，则在这区域中可以忽略不计，则在这区域中和和B的方向可能是（的方向可能是（）A、E和和B都沿水平方向，并与电子运动方向相同都沿水平方向，并与电子运动方向相同 B、E和和B都沿水平方向，并与电子运动方向相反都沿水平方向，并与电子运动方向相反 C、E竖直向上
15、，竖直向上，B垂直纸面向外垂直纸面向外 D、E竖直向上，竖直向上，B垂直纸面向里垂直纸面向里E,BA B C 练习练习练习练习3 3：厚度厚度厚度厚度为为为为h h、宽宽宽宽度度度度为为为为d d的金属板放在垂直于的金属板放在垂直于的金属板放在垂直于的金属板放在垂直于磁感磁感磁感磁感应应应应强强强强度度度度为为为为B B的匀的匀的匀的匀强强强强磁磁磁磁场场场场中，已知金属中，已知金属中，已知金属中，已知金属导导导导体体体体单单单单位体位体位体位体积积积积中的自由中的自由中的自由中的自由电电电电子数子数子数子数为为为为n n，电电电电子子子子电电电电量量量量为为为为e e，则则则则当当当当电电电电流流流流 I I 流流流流过导过导过导过导体体体体时时时时，在，在，在，在导导导导体板上下体板上下体板上下体板上下侧侧侧侧面面面面间间间间会会会会产产产产生生生生电势电势电势电势差差差差U=U=？U U