师：同学们，今天我们一起来学习粤教版高中物理选择性必修2第一章第四节——洛伦兹力与现代技术。首先回顾上节课内容，磁场对运动电荷产生的作用力叫洛伦兹力。当电荷垂直磁场方向运动时，洛伦兹力大小(F = qvB) ，其方向可用左手定则判断。洛伦兹力在现代科技中有广泛应用，像回旋加速器、质谱仪等都利用了它对带电粒子的作用，今天我们就来讲讲这些应用。
科学研究常需用高速粒子轰击原子核，以观测新粒子。加速器能使带电粒子获得高能量，必修三学过利用电场加速带电粒子，早期通过提高电源电压加速，但实际电压有限。为提高粒子能量，科学家制成直线加速器，让粒子在多级电场多次加速，不过这导致加速器很长。于是人们设想让加速后的粒子绕回来再加速，这样能缩小装置空间，而洛伦兹力可使带电粒子在磁场中做圆周运动，实现绕回来的目的。基于此思路设计出的粒子加速装置就是回旋加速器。那磁场如何使带电粒子做圆周运动呢？下面通过洛伦兹力演示仪了解运动电子在磁场中做圆周运动的情况。
今天用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转。将磁铁靠近阴极射线管，电子束发生偏移，说明运动电子在磁场中受力。那运动电子在磁场中的运动轨迹是怎样的呢？本次实验通过三个环节进行：一、认识洛伦兹力演示仪；二、调节磁感应强度和速度，观察电子束在磁场中的偏转，探究电子束在匀强磁场中的运动轨迹。实验器材是洛伦兹力演示仪。
先了解洛伦兹力演示仪，它主要由电子枪、玻璃泡、励磁线圈构成。玻璃泡内充有稀薄气体，电子束通过时能显示径迹，不加磁场时，电子束运动轨迹是直线。
开启洛伦兹力演示仪电源，通电预热数分钟，顺时针转动加速极电压旋钮，能看到电子枪发出的电子射线轨迹。将励磁电流方向开关转到“顺时”，线圈上的“顺时”灯泡亮起，此时电流方向顺时针，由右手螺旋法则可知，线圈产生的磁场方向与两个线圈中心连线平行，即垂直于线圈所在平面向内，电子束受洛伦兹力作用向上偏转。当开关转到“逆时”，线圈上的“逆时”灯泡亮起，电子束偏转方向相反。将励磁电流方向开关转到“顺时”，保持励磁电流不变，调节加速极电压，改变电子运动速度观察现象；保持电子速度不变，改变励磁电流观察现象。
实验发现：一、磁感应强度一定时，电子运动速度增大，轨迹弧度变小；二、电子运动速度一定时，磁感应强度增大，轨迹更弯曲。加大励磁电流观察现象，继续加大励磁电流观察现象；保持励磁电流不变，加大加速极电压观察现象。实验中还发现，加大励磁电流时圆直径减小，加大加速级电压时圆直径变大，所以电子在磁场中做圆周运动。电子束在磁场中受洛伦兹力作用，洛伦兹力总与速度方向垂直，在速度方向无分量，不改变带电粒子速度大小，只改变速度方向，且正好起到向心力作用。若粒子沿与磁场垂直方向射入磁场，就会做匀速圆周运动，即沿磁场垂直方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。
实验中，未加磁场时，洛伦兹力演示仪中电子束径迹是直线。励磁线圈通电后，玻璃泡内产生垂直于纸面的磁场，带负电粒子垂直射入磁场，受洛伦兹力垂直于运动方向，此力不改变速度大小，只改变方向，洛伦兹力充当向心力，带电粒子做匀速圆周运动。由洛伦兹力提供向心力，可推导带电粒子做圆周运动半径(r = \frac{mv}{qB}) ，可见半径(r)与速度(v)大小成正比，与磁感应强度(B)大小成反比；还可推导带电粒子做圆周运动周期(T = \frac{2\pi m}{qB}) ，可见周期(T)与速度大小、轨迹半径大小都无关。基于此模型，1930年美国物理学家劳伦斯制成世界上第一台回旋加速器，下面认识其工作原理。
先看回旋加速器构造，真空室内主要有两个区域，(D_1)、(D_2)是两个半圆形金属盒，在(D)型盒区域施加垂直于底面的匀强磁场；另一个区域是两个(D)型盒之间的窄缝处，施加高频交变电压，窄缝处产生方向可调电场。处于中心(O)附近的粒子源产生带电粒子，在两盒之间被电场加速，然后进入(D)型盒磁场区域，因(D)型盒内无电场，粒子在盒内做匀速圆周运动。经过半个圆周后，粒子再次到达两盒缝隙处，两盒间电压改变正负，粒子在缝隙间再次被加速。由周期(T = \frac{2\pi m}{qB})可知，回旋周期(T)与粒子速度(v)无关，选择合适交变电压周期，就能确保粒子每次穿过电场时被加速。随着粒子速度增加，由半径(r = \frac{mv}{qB})可知，粒子做圆周运动半径逐渐增大。当粒子达到预期速率，用静电偏转板将高能粒子引出(D)型盒。