2024-2025学年高二物理选择性必修第二册（鲁教版）教学课件 第1章第3节洛伦兹力的应用.pptx

第;学习目标;引入;如图所示为电视显像管的原理示意图,电子枪发射的电子束不经过磁场时会打在荧光屏正中。;要点提示

(1)电子束打在荧光屏上方,表明其进入磁场时所受洛伦兹力方向应竖直向上,根据左手定则可知磁场应垂直纸面向里。

(2)磁场方向应垂直纸面向外。;电视机显像管的原理

（1）显像管中电子束的运动情况

电子枪发射的电子束(连续的电子)经过电场时做加速运动,再经过偏转磁场做匀速圆周运动,离开磁场后做匀速直线运动到达荧光屏。;（2）偏转磁场的特点

①水平偏转磁场使电子在水平方向上偏转,竖直偏转磁场使电子在竖直方向上偏转。

②水平偏转磁场的大小、方向都随时间变化,如图所示的“锯齿形”变化磁场。

③由于电子的速度极大,同一电子穿过磁场过程中可认为磁场没有变化,磁感应强度的大小近似等于电子进入磁场时的磁感应强度大小。;例电视机显像管中需要用变化的磁场来控制电子束的偏转。图甲为显像管工作原理示意图,阴极K发射的电子束(初速不计)经电压为U的加速电场后,进入一圆形匀强磁场区,磁场方向垂直于圆面(以垂直圆面向里为正方向),磁场区的中心为O,半径为r,荧光屏MN到磁场区中心O的距离为L。当不加磁场时,电子束将通过O点垂直打到屏幕的中心P点,当磁场的磁感应强度随时间按图乙所示的规律变化时,在荧光屏上得到一条长为2L的亮线。由于电子通过磁场区的时间很短,可以认为在每个电子通过磁场区的过程中磁场的磁感应强度不变。已知电子的电荷量为e,质量为m,不计电子之间的相互作用及所受的重力。求:;解析(1)电子打到荧光屏上时速度的大小等于它飞出加速电场时的速度大小,设为v,由动能定理得

(2)当磁感应强度为峰值B0时,电子束有最大偏转,在荧光屏

上打在Q点,PQ=L。电子运动轨迹如图所示,设此时的

偏转角度为θ,由几何关系可知,tanθ=,所以θ=60°。;规律总结显像管中电子束偏转问题的解决思路

(1)电子在电场中加速,根据动能定理建立加速电压和电子离开电场时的

(3)电子离开磁场到荧光屏的过程,根据匀速直线运动规律和必要的几何关系(磁场中心到荧光屏的距离、电子的偏转距离等)分析求解。;在科学研究???工业生产中，常需要将一束带等量电荷的粒子分开，以便知道其中所含物质的成分。利用所学的知识，你能设计一个方案，以便分开电荷量相同、质量不同的带电粒子吗？;1.质谱仪;2.质谱仪的构造;3.质谱仪的工作原理;?;解析：带电粒子在加速电场中运动时，有qU=，在磁场中偏转时，其半径r=，由以上两式整理得r=。由于质子与一价正离子的电荷量相同，B1∶B2=1∶12，当半径相等时，解得=144。;三、回旋加速器;1.回旋加速器的发明;2.回旋加速器的工作原理;（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运动，其周期与速率、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）交变电场的作用及变化周期

为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，需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。

（4）带电粒子的轨迹特点

粒子每经过一次加速，其轨道半径就大一些，但粒子在匀强磁场中做圆周运动的周期不变。

（5）因为两个D形盒之间的窄缝很小，所以带电粒子在电场中的加速时间可以忽略不计。;3.带电粒子的最终能量;例回旋加速器的工作原理如图甲所示，置于真空中的D形金属盒半径为R。两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。被加速粒子的质量为m、电荷量为+q，加在狭缝间的交变电压如图乙所示，电压值的大小为U0，周期T=。一束该种粒子在t=0~时间内从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零。现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用。求：;解：（1）粒子运动半径为R时

qvB=m，且Em=，解得Em=

（2）粒子被加速n次达到动能Em，则Em=nqU0

粒子在狭缝间做匀加速运动，设n次经过狭缝的总时间为Δt

加速度a=

匀加速直线运动nd=a·Δt2

由t0=（n-1）+Δt，解得t0=-

（3）只有在0~时间内飘入的粒子才能每次均被加速

则所占的比例为η=，