廣東省惠州市高中物理第三章磁場第五節(jié)研究洛倫茲力第5課時導學案粵教版選修3-1

第六節(jié)洛倫茲力與現(xiàn)代技術【自主學習】一、學習目標知道速度選擇器、質譜儀、盤旋加快器的工作原理過程與方法數(shù)學方法在物理中的應用、物理原理解決實際問題情感、態(tài)度與價值觀具備嚴實的科學推理的作風。二、重點難點速度選擇題、質譜儀、盤旋加快器的工作原理三、自主學習速度選擇器、質譜儀和盤旋加快器ⅠE速度選擇器若qv0B＝Eq，即v0＝B，粒子做勻速直線運動2．質譜儀結構：如下圖，由粒子源、加快電場、偏轉磁場和照相底片等組成．(2)原理：粒子由靜止被加快電場加快，根據(jù)動能定理可得關系式

12qU＝2mv.粒子在磁場中受洛倫茲力作用而偏轉，做勻速圓周運動，根據(jù)牛頓第二定律得關2mv系式qvB＝r．由兩式可得出需要研究的物理量，如粒子軌道半徑、粒子質量、比荷．12mUqr2B2q2Ur＝，m＝2U，＝22．BqmBr3．盤旋加快器結構：如圖9－2－3所示，D1、D2是半圓金屬盒，D形盒的縫隙處接溝通電源．D形盒處于勻強磁場中．原理：溝通電的周期和粒子做圓周運動的周期相等，粒子在圓周運動的過程中一次一次地經(jīng)過D形盒縫隙，兩盒間的電勢差一次一次地反向，粒子就會被一mv2q2B2R2次一次地加快．由qvB＝R，得Ekm＝2m，可見粒子獲得的最大動能由磁感覺強度和D形盒半徑?jīng)Q定，與加快電壓無關．【講堂檢測】如下圖，在兩水平極板間存在勻強電場和勻強磁場，電場方向豎直向下，磁場方向垂直于紙面向里．一帶電粒子以某一速度沿水平直線經(jīng)過兩極板．若不計重力，下列四個物理量中哪一個改變時，粒子運動軌跡不會改變( )．A．粒子速度的大小B．粒子所帶的電荷量C．電場強度D．磁感覺強度如下圖，一個質量為m、電荷量為e的粒子冷靜器A下方的小孔S，無初速度地飄入電勢差為U的加快電場，然后垂直進入磁感覺強度為B的勻強磁場中，最后打在照相底片M上．下列說法正確的選項是( )．2eUA．粒子進入磁場時的速率v＝m2πmB．粒子在磁場中運動的時間t＝eB12mUC．粒子在磁場中運動的軌道半徑r＝BeD．若容器A中的粒子有初速度，則粒子仍將打在照相底片上的同一地點3．盤旋加快器由兩個銅質D形盒D1、D2組成，其間留有縫隙，下列說法正確的選項是( )．A．離子從電場中獲得能量B．離子從磁場中獲得能量C．只增大縫隙距離可增加離子從盤旋加快器中獲得的動能D．只增大D形盒的半徑可增加離子從盤旋加快器中獲得的動能講堂訓練案

【當堂訓練】1．如下圖，在兩個水平放置的平行金屬板之間，電場和磁場的方向相互垂直．一束帶電粒子(不計重力)沿著直線穿過兩板間的空間而不發(fā)生偏轉．則這些粒子一定擁有相同的( )．A．質量mB．電荷量qqC．運動速度vD．比荷m2．質譜儀是測帶電粒子質量和剖析同位素的一種儀器，如圖9－2－25所示．它的工作原理是帶電粒子(不計重力)經(jīng)同一電場加快后，垂直進入同一勻強磁場做圓周運動，然后利用有關規(guī)律計算出帶電粒子質量．圖中虛線為某粒子運動軌跡，由圖可知( )．A．此粒子帶負電B．下極板S2比上極板S1電勢低C．若只增大加快電壓U，則半徑r變大D．若只增大入射粒子的質量，則半徑r變小3．如圖甲所示是用來加快帶電粒子的盤旋加快器的示意圖，其核心部分是兩個D形金屬盒．在加快帶電粒子時，兩金屬盒置于勻強磁場中，兩盒分別與高頻電源相連．帶電粒子在磁場中運動的動能Ek隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示，忽略帶電粒子在電場中的加快時間，則下列判斷正確的選項是( )．A．在E－t圖中應有t－t＝t－t＝t－t1k43322B．高頻電源的變化周期應當?shù)扔趖n－tn－1C．粒子加快次數(shù)越多，粒子最大動能一定越大D．要想粒子獲得的最大動能增大，可增加D形盒的半徑課后拓展案【穩(wěn)固拓展】1．如下圖是醫(yī)用盤旋加快器示意圖，其核心部分是兩個D形金屬盒，兩金屬盒置于勻強磁場中，并分別與高頻電源相連．現(xiàn)分別加快氘核24(1H)和氦核(2He)．下列說法中正確的( )．A．它們的最大速度相同B．它們的最大動能相同C．它們在D形盒內運動的周期相同D．僅增大高頻電源的頻次可增大粒子的最大動能2．(質譜儀模型)1922年英國物理學家阿斯頓因質譜儀的發(fā)明、同位素和質譜的研究榮獲了諾貝爾化學獎．若速度相同的同一束粒子由左端射入質譜儀后的運動軌跡如下圖，則下列有關說法中正確的選項是( )．A．該束帶電粒子帶負電B．速度選擇器的P1極板帶正電C．在B2磁場中運動半徑越大的粒子，質量越大qD．在B2磁場中運動半徑越大的粒子，荷質比越小m3．(盤旋加快器模型)如下圖為一種獲得高能粒子的裝置，環(huán)形地區(qū)內存在垂直紙面向外、大小可調節(jié)的平均磁場，質量為m，電荷量為＋q的粒子在環(huán)中做半徑為R的圓周運動，A、B為兩塊中心開有小孔的極板，原來電勢都為零，每當粒子順時針飛經(jīng)A板時，A板電勢升高為U，B板電勢仍保持為零，粒子在兩板間電場中獲得加速，每當粒子走開B板時，A板電勢又降為零，粒子在電場一次次加快下動能不斷增大，而繞行半徑不變( )．A．粒子從A板小孔處由靜止開始在電場作用下加快，繞行n圈后回到A板時獲得的總動能為2