第六节 洛伦兹力与现代技术
[学科素养与目标要求]
物理观念：1.掌握带电粒子在匀强磁场中运动的规律.2.知道质谱仪、回旋加速器的构造和工作原理.
科学思维：1.掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的分析方法，会推导匀速圆周运动的半径公式和周期公式.2.会利用相关规律解决质谱仪、回旋加速器问题.
一、带电粒子在磁场中的运动
1.实验探究：
(1)洛伦兹力演示仪：电子射线管内的电子枪(即阴极)发射出电子束，使管内的氢气发出辉光，这样就可显示出电子的径迹.
(2)实验现象：
①当没有磁场作用时，电子的运动轨迹是直线.
②当电子垂直射入磁场时，电子的运动轨迹是圆.
2.带电粒子在洛伦兹力作用下的圆周运动：
(1)运动性质：匀速圆周运动.
(2)向心力：由洛伦兹力提供，即qvB＝m.
(3)半径：r＝.
(4)周期：T＝，周期与磁感应强度B成反比，与轨道半径r和速率v无关.
二、质谱仪
图1为质谱仪工作原理示意图.
图1
1.结构
质谱仪主要由粒子源、加速电场、速度选择器、偏转磁场和照相底片等几部分组成.
2.原理
(1)加速：S1和S2之间存在着加速电场，粒子在该区域内被加速，由动能定理：qU＝mv2.
(2)匀速直线运动：P1、P2之间存在着互相正交的匀强磁场和匀强电场.只有满足v＝的带电粒子才能做匀速直线运动通过S0上的狭缝.
(3)匀速圆周运动：S0下方空间只存在匀强磁场.带电粒子在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，运动半径r＝，则＝＝.
3.应用
可以测定带电粒子的质量和分析同位素.
