广东省高中物理第一轮总复习洛伦兹力与现代技术粤教版新课标.pptx

1.洛洛伦兹力：力：。叫叫洛洛伦兹力力.当当电荷荷的的运运动速速度度方方向向与与磁磁场垂垂直直时，洛洛伦兹力力的的大大小小F=qvB.洛洛伦兹力力的方向可由的方向可由判定判定.注意：四指注意：四指应指向指向 运运动的方向或的方向或运运动的反方向的反方向.运动电荷在磁场中受到的运动电荷在磁场中受到的磁场力磁场力左手定则左手定则正电荷正电荷负电荷负电荷2.带电粒粒子子在在匀匀强磁磁场中中的的运运动：带电粒粒子子以以速速度度v垂垂直直射射入入匀匀强磁磁场B中中，若若只只受受洛洛伦兹力力，则带电粒粒子子在在与与B垂垂直直的的平平面面内内做匀速做匀速圆周运周运动.洛洛伦兹力力F提供提供带电粒子所粒子所需需的的向向心心力力.由由牛牛顿第第二二定定律律得得qvB=,所所以以R=，运，运动周期周期3.是是用用来来测测量量各各种种同同位位素素原原子子量量的的仪仪器器，则则是是用用来来加加速速带带电电粒粒子子的的装装置置，从从原原理理上上讲讲二二者者都都是是利利用用电电场场和和磁磁场场控制控制电电荷的运荷的运动动的的.质谱仪质谱仪回旋加速器回旋加速器主主题题(1)(1)洛洛伦伦兹兹力力方方向的判定向的判定左手定则左手定则如如图931所所示示，OO为水平水平挡板，板，S为一一图图931电子源，它可以向电子源，它可以向a、b、c、d四个垂直磁场的四个垂直磁场的方向发射速率相同的电子方向发射速率相同的电子(ac垂直垂直OO，bd平行平行OO)，板，板OO下方有垂直纸面向里的匀强磁场，下方有垂直纸面向里的匀强磁场，磁场范围足够大，不计电子重力，则击中挡板磁场范围足够大，不计电子重力，则击中挡板可能性最大的方向是可能性最大的方向是()A.a B.b C.c D.dD洛洛伦兹力方向的判定力方向的判定由由左左手手定定则判判断断，沿沿d方方向向射射出出的的电子子轨迹迹的的圆心心在在电子子源源S的的正正上上方方，该电子向上方运子向上方运动，最有可能，最有可能击中中挡板板.注注意意此此题中中运运动的的电荷荷为电子子，是是负电荷荷.运运用用左左手手定定则时，四四指指应指指向向正正电荷运荷运动的方向或的方向或负电荷运荷运动的反方向的反方向.（单选）如如图932所所示示，在在铁环上上用用绝缘导线缠绕两两个个相相同同的的线圈圈a和和b.a、b串串联后后通通入入方方向向如如图所所示示的的电流流I，一一束束电子子从从纸里里经铁环中中心心射射向向纸外外时，电子子将将()图图932 A.向下偏转向下偏转B.向上偏转向上偏转 C.向左偏转向左偏转D.向右偏转向右偏转运用安培定则，判断铁环中心处的运用安培定则，判断铁环中心处的磁场方向为向左磁场方向为向左.再运用左手定则，判断电子将再运用左手定则，判断电子将向上偏转向上偏转.B主题主题(2)(2)带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动 (2010广广东东)如如图图933(a)所所示示，左左为为某某同同学学设设想想的的粒粒子子速速度度选选择择装装置置，由由水水平平转转轴轴及及两两个个薄薄盘盘N1、N2构构成成，两两盘盘面面平平行行且且与与转转轴轴垂垂直直，相相距距为为L，盘盘上上各各开开一一狭狭缝缝，两两狭狭缝缝夹夹角角q可可调调，如如图图(b)；右右为为水水平平放放置置的的长长为为d的的感感光光板板，板板的的正正上上方方有有一一匀匀强强磁磁场场，方方向向垂垂直直纸纸面面向向外外，磁磁感感应应强强度度为为B.一一小小束束速速度度不不同同、带带正正电电的的粒粒子子沿沿水水平平方方向向射射入入N1，能能通通过过N2的的粒粒子子经经O点点垂垂直直进进入入磁磁场场O到到感感光光板板的的距距离离为为d/2，粒粒子子电荷量为电荷量为q，质量为，质量为m，不计重力，不计重力图图933 (1)若若两两狭狭缝缝平平行行且且盘盘静静止止，如如图图(c)，某某一一粒粒子子进进入入磁磁场场后后，竖竖直直向向下下打打在在感感光光板板中中心心点点M上，求该粒子在磁场中运动的时间上，求该粒子在磁场中运动的时间t；(2)若若两两狭狭缝缝夹夹角角为为q q0，盘盘匀匀速速转转动动，转转动动方方向向如如图图(b)要要使使穿穿过过N1、N2的的粒粒子子均均打打到到感感光光板板P1P2连连线线上上试试分分析析盘盘转转动动角角速速度度w w的的取取值值范范围围(设设通通过过N1的的所所有有粒粒子子在在盘盘转转一一圈圈的的时时间间内内都能到达都能到达N2)带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动 (1)粒子运动半径为粒子运动半径为R=由牛顿第二定律由牛顿第二定律 qvB=匀速圆周运动周期匀速圆周运动周期T=粒子在磁场中运动时间粒子在磁场中运动时间t=(2)如图，设粒子运动临界半径分别为如图，设粒子运动临界半径分别为R1和和R2 设粒子临界速度分别为设粒子临界速度分别为v1和和v2，由由式，得式，得 若粒子通过两转盘，由题设可知若粒子通过两转盘，由题设可知 联立联立，得对应转盘的转速分别为，得对应转盘的转速分别为 粒子要打在感光板上，需满足条件粒子要打在感光板上，需满足条件 考查带电粒子在匀强磁场中考查带电粒子在匀强磁场中的圆周运动，第的圆周运动，第(1)问较为简单，第问较为简单，第(2)问情境设置新颖，带狭缝的盘转动，问情境设置新颖，带狭缝的盘转动，并求其转动的角速度并求其转动的角速度w w的取值范围，使的取值范围，使试题难度增加，综合性强，具有很好试题难度增加，综合性强，具有很好的区分度的区分度 (单选)如如图934所所示示，正正方方形形容容器器处在在匀匀强磁磁场中中，一一束束电子子从从a孔孔沿沿ab方方向向垂垂直直射射入入容容器器内内的的匀匀强磁磁场中中，结果果一一部部分分电子子从从小小孔孔c射射出出，一一部部分分电子子从从小小孔孔d射射出出，则从从c、d两两孔孔射射出出的的电子子()图图934A.速度之比速度之比vc vd=1 2B.在容器中运在容器中运动的的时间之比之比tc td=2 1C.在在容容器器中中运运动的的加加速速度度大大小小之之比比ac ad=1D.在在容容器器中中运运动的的加加速速度度大大小小之之比比ac ad=2 1从从c处射射出出的的电子子和和从从d处射射出出的的电子子运运动半半径径之之比比为2 1，故故由由,知知vc vd=2 1,而而从从c处射射出出的的电子子和和从从d处射射出出的的电子子运运动时间之之比比为 ,即即tc td=1 2；由由 ,可可知知ac ad=vc vd=2 1.D (双双选选)如如图图935所所示示，下下端端封封闭闭、上上端端开开口口、高高h内内壁壁光光滑滑的的细细玻玻璃璃管管竖竖直直放放置置，管管底底有有一一质质量量为为m、电电荷荷量量为为q的的小小球球，整整个个装装置置以以v的的速速度度沿沿垂垂直直于于磁磁场场方方向向进进入入大大小小为为B、方方向向垂垂直直纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场，由由于于外外力力的的作作用用，玻玻璃璃管管在在磁磁场场中中的的速速度度保保持持不不变变，最最终终小小球球从从上端管口飞出则上端管口飞出则()图图935A小球带正电小球带正电B洛伦兹力对小球做正功洛伦兹力对小球做正功C小球运动的轨迹是一条抛物线小球运动的轨迹是一条抛物线D维持试管匀速运动的拉力维持试管匀速运动的拉力F应保持恒定应保持恒定 小小球球受受洛洛伦伦兹兹力力方方向向向向上上，故故小小球球带带正正电电；洛洛伦伦兹兹力力永永远远和和速速度度垂垂直直，对对小小球球不不做做功功，小小球球在在管管内内运运动动过过程程中中机机械械能能增增加加，是是管管壁壁对对小小球球做做功功的的结结果果；小小球球的的实实际际运运动动速速度度可可分分解解为为水水平平方方向向的的速速度度vx(等于等于v)和竖直方向的速度和竖直方向的速度vy.与与两两个个分分速速度度对对应应的的洛洛伦伦兹兹力力的的分分力力分分别别是是竖竖直直方方向向的的Fy和和水水平平方方向向的的Fx.在在竖竖直直方方向向上上由由牛牛顿顿第第二二定定律律得得：qvBmg=ma；由由此此看看出出a不不变变，所所以以小小球球运运动动的的轨轨迹迹是是一一条条抛抛物物线线(类类平平抛抛)；因因为为vy越越来来越越大大，故故水水平平方方向向洛洛伦伦兹兹力力的的分分量量在在增增大大，要要保保持持小小球球在在水水平平方方向向做做匀匀速速直直线线运运动动，F应应逐逐渐渐增增大大AC (单单选选)如如图图936所所示示，光光滑滑半半圆圆形形轨轨道道与与光光滑滑斜斜面面轨轨道道在在B处处由由圆圆弧弧相相连连，将将整整个个装装置置置置于于水水平平向向外外的的匀匀强磁场中，有一带正强磁场中，有一带正图图936电电小小球球从从A静静止止释释放放，且且能能沿沿轨轨道道前前沿沿轨轨道道通通过过圆圆环环最最高高点点C，进进，并并恰恰能能通通过过圆圆弧弧最最高高点点，现现若若撤撤去去磁磁场场，使使球球仍仍能能恰恰好好释释放放高高度度H与与原原释放高度释放高度H的关系是的关系是()AH=H BHHCHH D不能确定不能确定C 无无磁磁场场时时，小小球球在在C点点由由重重力力提提供供向向心力，心力，临界速度，临界速度 .从从 A至至 C由由 机机 械械 能能 守守 恒恒 定定 律律 得得：mgH=2mgR+mRg，有，有H=R 加加磁磁场场后后，小小球球在在C点点受受向向上上的的洛洛伦伦兹力，向心力减小，兹力，向心力减小，临临界界速速度度v减减小小洛洛伦伦兹兹力力不不做做功功，由由A到到C机械能守恒机械能守恒因因 v c ，所以，所以HH，故选项，故选项C正确正确主题主题(3)(3)洛伦兹力在现代技术中的应用洛伦兹力在现代技术中的应用(单选)质谱仪是是一一种种测定定带电粒粒子子质量量和和分分析析同同位位素素的的重重要要工工具具，它它的的构构造造原原理理如如图935所示所示.离子源离子源S产生生 一一个个质质量量为为m、电电荷荷量量为为q的的正正离离子子.离离子子产产生生出出来来时时速速度度很很小小，可可以以看看做做是是静静止止的的.离离子子产产生生出出来来后后经经过过电电压压U加加速速，进进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，沿沿着着半半圆圆周周运运动动而而达达到到记记录录它它的的照照相相底底片片P上上，测测得得它它在在P上上的的位位置置到到入入口口处处S1的的距距离离为为x.则则下下列列说说法法正正确确的是的是()图图935 A.若若某某离离子子经经上上述述装装置置后后，测测得得它它在在P上上的的位位置置到到入入口口处处S1的的距距离离大大于于x，则则说说明明离离子子的质量的质量m一定变大一定变大 B.若若某某离离子子经经上上述述装装置置后后，测测得得它它在在P上上的的位位置置到到入入口口处处S1的的距距离离大大于于x，则则说说明明加加速速电压电压U一定变大一定变大C.若若某某离离子子经上上述述装装置置后后，测得得它它在在P上上的的位位置置到到入入口口处S1的的距距离离大大于于x，则说明明磁磁感感应强度度B一定一定变大大D.若若某某离离子子经上上述述装装置置后后，测得得它它在在P上上的的位位置置到到入入口口处S1的的距距离离大大于于x，则说明明离离子子所所带电荷荷量量q可能可能变小小质谱仪的原理的原理由由加加速速过程程得得及及半半径径公公式式得得；故故U、m、q、B都都有有可可能能变化化导致致x增大，所以增大，所以ABC不不对.质谱仪根根据据洛洛伦兹力力的的规律律和和圆周周运运动的的规律律确确定定粒粒子子的的比比荷荷，核核心心思思路路是是洛洛伦兹力提供了粒子做力提供了粒子做圆周运周运动的向心力的向心力.如如图936所所示示为质谱仪的的示示意意图.速速度度选择器器部部分分的的匀匀强电场场强E=1.2105V/m，匀匀强磁磁场的的磁磁感感应强度度为B1=0.6T.偏偏转分分离离器器的的磁磁感感应强度度为B2=0.8T.求：求：图图936(1)能通过速度选择器的粒子速度多大？能通过速度选择器的粒子速度多大？(2)质子和氘核进入偏转分离器后打在照质子和氘核进入偏转分离器后打在照相底片上的条纹之间的距离相底片上的条纹之间的距离d为多少？为多少？(质子质质子质量量m=1.671027kg,e=1.601019C)粒粒子子通通过过速速度度选选择择器器时时，所所受受电电场场力力和和磁磁场场力力方方向向相相反反、大大小小相相等等，粒粒子子可可匀匀速速穿穿过过速速度度选选择择器器.由由于于质质子子和和氘氘核核以以相相同同速速度度进进入入磁磁场场后后，做做圆圆周周运运动动的的半半径径不不同同，打打在在两两条条不同的条不同的条纹纹上上.(1)能能通通过过速速度度选选择择器器的的离离子子所所受受电电场场力力和和洛洛伦兹伦兹力等大反向力等大反向.即即eB1v=eE(2)粒粒子子进入入磁磁场B2后后做做圆周周运运动，洛洛伦兹力提供向心力力提供向心力.设质子子质量量为m，则氘核核质量量为2m，