物理在绝大多数的省份既是会考科目又是高考科目，在高中的学习中占有重要地位。精品小编准备了高三年级物理教案，希望你喜欢。

【考纲知识梳理】

一、洛仑兹力的大小和方向：

1、洛伦兹力的大小计算：F=qvBsinα(α为v与B的夹角)

(1)当v⊥B时，f洛最大，f洛= q B v(式中的v是电荷相对于磁场的速度)

(2)当v// B时，f洛=0做匀速直线运动。

(3)v=0，F=0,即磁场对静止电荷无作用力，只对运动电荷产生作用力。

2、洛伦兹力的方向

(1)洛伦兹力F的方向既垂直于磁场B的方向，又垂直于运动电荷的速度v的方向，即F总是垂直于B和v所在的平面.

(2)洛伦兹力方向(左手定则)：伸出左手，让姆指跟四指垂直，且处于同一平面内，让磁感线穿过手心，四指指向正电荷运动方向(当是负电荷时，四指指向与电荷运动方向相反)则姆指所指方向就是该电荷所受洛伦兹力的方向.

二、带电粒子在匀强磁场中的运动

1、分三种情况：一是匀速直线运动;二是匀速圆周运动;三是螺旋运动.

2、做匀速圆周运动：轨迹半径r=mv/qB;其运动周期T=2πm/qB (与速度大小无关).

3、垂直进入匀强电场和垂直进入匀强磁场时都做曲线运动，但有区别：

垂直进入匀强电场，在电场中做匀变速曲线运动(类平抛运动);

垂直进入匀强磁场，则做变加速曲线运动(匀速圆周运动).

三、洛伦兹力的应用实例

1.质谱仪的结构原理

质谱仪主要用于分析同位素， 测定其质量， 荷质比和含量比， 如图所示为一种常用的质谱仪

(1)离子发生器O(O中发射出电量q、质量m的粒子，粒子从A中小孔S飘出时速度大小不计;)

(2)静电加速器C：静电加速器两极板M和N的中心分别开有小孔S1、S2，粒子从S1进入后，经电压为U的电场加速后，从S2孔以速度v飞出;

(3)速度选择器D：由正交的匀强电场E0和匀强磁场B0构成，调整E0和B0的大小可以选择度为v0=E0/B0的粒子通过速度选择器，从S3孔射出;

(4)偏转磁场B：粒子从速度选择器小孔S3射出后，从偏转磁场边界挡板上的小孔S4进入，做半径为r的匀速圆周运动;

(5)感光片F：粒子在偏转磁场中做半圆运动后，打在感光胶片的P点被记录，可以测得PS4间的距离L。装置中S、S1、S2、S3、S4五个小孔在同一条直线上

2.问题讨论：

设粒子的质量为m、带电量为q(重力不计)，

粒子经电场加速由动能定理有： ①;

粒子在偏转磁场中作圆周运动有： ②;

联立①②解得：

另一种表达形式

同位素荷质比和质量的测定: 粒子通过加速电场，通过速度选择器， 根据匀速运动的条件: 。若测出粒子在偏转磁场的轨道直径为L， 则 ， 所以同位素的荷质比和质量分别为 。

2、回旋加速器

1932年美国物理学家劳伦斯发明的回旋加速器，是磁场和电场对运动电荷的作用规律在科学技术中的应用典例，也是高中物理教材中的一个难点，其中有几个问题值得我们进一步探讨

回旋加速器是用来加速带电粒子使之获得高能量的装置。

1.回旋加速器的结构。回旋加速器的核心部分是两个D形金属扁盒(如图所示)，在两盒之间留有一条窄缝，在窄缝中心附近放有粒子源O。D形盒装在真空容器中，整个装置放在巨大的电磁铁的两极之间，匀强磁场方向垂直于D形盒的底面。把两个D形盒分别接到高频电源的两极上。

2.回旋加速器的工作原理。如图所示，从粒子源O放射出的带电粒子，经两D形盒间的电场加速后，垂直磁场方向进入某一D形盒内，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，经磁场偏转半个周期后又回到窄缝。此时窄缝间的电场方向恰好改变，带电粒子在窄缝中再一次被加速，以更大的速度进入另一D形盒做匀速圆周运动……，这样，带电粒子不断被加速，直至它在D形盒内沿螺线轨道运动逐渐趋于盒的边缘，当粒子达到预期的速率后，用特殊装置将其引出。

3.问题讨论。

(1)高频电源的频率 。

带电粒子在匀强磁场中运动的周期 。带电粒子运动时，每次经过窄缝都被电场加速，运动速度不断增加，在磁场中运动半径不断增大，但粒子在磁场中每运动半周的时间 不变。由于窄缝宽度很小，粒子通过电场窄缝的时间很短，可以忽略不计，粒子运动的总时间只考虑它在磁场中运动的时间。因此，要使粒子每次经过窄缝时都能被加速的条件是：高频电源的周期与带电粒子运动的周期相等(同步)，即高频电源的频率为 ，才能实现回旋加速。

(2)粒子加速后的最大动能E。

由于D形盒的半径R一定，粒子在D形盒中加速的最后半周的半径为R，由 可知 ，所以带电粒子的最大动能 。虽然洛伦兹力对带电粒子不做功，但E却与B有关;

由于 ，由此可知，加速电压的高低只会影响带电粒子加速的总次数，并不影响回旋加速后的最大动能。

(3)能否无限制地回旋加速。

由于相对论效应，当带电粒子速率接近光速时，带电粒子的质量将显著增加，从而带电粒子做圆周运动的周期将随带电粒子质量的增加而加长。如果加在D形盒两极的交变电场的周期不变的话，带电粒子由于每次“迟到”一点，就不能保证粒子每次经过窄缝时总被加速。因此，同步条件被破坏，也就不能再提高带电粒子的速率了

(4)粒子在加速器中运动的时间：

设加速电压为U，质量为m、带电量为q的粒子共被加速了n次，若不计在电场中运动的时间，有：