第1章 第3节　洛伦兹力的应用—2020-2021学年新教材鲁科版（2019）高中物理选择性必修第二册讲义

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第3节　洛伦兹力的应用
学习目标：1.[科学思维]知道洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小。
2.[物理观念]知道电偏转和磁偏转，知道显像管的构造和原理。　3.[科学态度与责任]
知道质谱仪和回旋加速器的构造、原理以及用途。
阅读本节教材，回答第 16 页“问题”并梳理必要知识点。
教材 P16 问题提示：带电粒子在磁场中的偏转。
一、显像管
1．电偏转：利用电场改变带电粒子的运动方向称为电偏转。
2．磁偏转：利用磁场改变带电粒子的运动方向称为磁偏转。
3．显像管的构造和原理
(1)构造：如图所示，电视显像管由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。
(2)原理：电子枪发出的电子，经电场加速形成电子束，在水平偏转线圈和竖直偏
转线圈产生的不断变化的磁场作用下，运动方向发生偏转，实现扫描，在荧光屏上显
示图像。
二、质谱仪
1．原理图：如图所示。
质谱仪原理示意图
2．加速：带电离子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得：
qU＝mv2。 ①
3．偏转：离子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力
qvB＝。 ②
由①②两式可以求出离子的半径 r＝、质量 m＝、比荷＝等。
4．质谱仪的应用：可以分析比荷和测定离子的质量。
三、回旋加速器
1．构造图：如图所示。
回旋加速器原理示意图
2．工作原理
(1)电场的特点及作用
特点：两个 D形盒之间的窄缝区域存在交变电压。
作用：带电粒子经过该区域时被加速。
(2)磁场的特点及作用
特点：D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中。
作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，从而改变运动方向，半个周
期后再次进入电场。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)显像管中的电子束受水平、竖直两个方向的磁场作用。 (√)
(2)回旋加速器中起加速作用的是磁场。 (×)
(3)回旋加速器中起加速作用的是电场，所以加速电压越大，带电粒子获得的最大
动能越大。 (×)
(4)质谱仪可以分析同位素。 (√)
(5)离子进入质谱仪的偏转磁场后洛伦兹力提供向心力。 (√)
2．如图所示是电视机显像管及其偏转线圈的示意图。电流方向如图所示，试判断
正对读者而来的电子束将向哪边偏转(　　)
A．向上 B．向下 C．向左 D．向右
C　[把通电线圈等效为小磁铁，则左右两边的 N极均在上方，所以在 O点产生的
磁场方向向下，由左手定则判断正对读者而来的电子束将向左偏转，故 C项正确。]
3.(多选)质谱仪的构造原理如图所示，从粒子源 S出来时的粒子速度很小，可以看
作初速度为零，粒子经过电场加速后进入有界的垂直纸面向里的匀强磁场区域，并沿
着半圆周运动而达到照相底片上的 P点，测得 P点到入口的距离为 x，则以下说法正确
的是(　　)
A．粒子一定带正电
B．粒子一定带负电
C．x越大，则粒子的质量与电荷量之比一定越大
D．x越大，则粒子的质量与电荷量之比一定越小
AC　[根据粒子的运动方向和洛伦兹力方向，由左手定则知粒子带正电，故 A正
确，B错误；根据半径公式 r＝知，x＝2r＝，又 qU＝mv2，联立解得 x＝ ，知 x越大，
质量与电荷量的比值越大，故 C正确，D错误。]
对质谱仪工作原理的理解
如图所示为质谱仪原理示意图。离子从容器 A下方的小孔 S1进入质谱仪后打在底
片上，什么样的粒子打在质谱仪显示屏上的位置会不同？位置的分布有什么规律？
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