山东省德州市乐陵一中高中物理 3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动学案(二）新人教版选修31(1).doc

山东省德州市乐陵一中高中物理 3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动学案(二）新人教版选修3-1学习目标：了解质谱仪的构造和工作原理了解回旋加速器的工作原理学习重点：质谱仪的构造和工作原理回旋加速器的工作原理学习难点：回旋加速器的工作原理自主学习：一 复习回顾1. 若带电粒子的速度方向与磁场方向平行（相同或相反），且仅受洛伦兹力作用，则带电粒子受到的洛伦兹力怎样？带电粒子将做什么运动？2. 若带电粒子以垂直于磁场方向射入匀强磁场，且仅受洛伦兹力作用，则带电粒子做什么运动？二 质谱仪1质谱仪是测量带电粒子的 和分析同位素的重要工具。2质谱仪工作原理一个质量为m，电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔s1飘入电势差为u1的加速电场，然后经过s1沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为b的匀强磁场中，最后打到照相底片d上。（1）求粒子进入磁场时的速率。（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。从上述分析结果可见，具有不同比荷的带电粒子在通过质谱仪后，因具有不同的轨道半径，将打在照相底片不同的位置上而得以被分开。课堂练习（一）质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具， 它的构造原理如图所示，离子源s产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片p上，设离子在p上的位置到入口处s1的距离为x ，可以判断 ( )a离子束是同位素，则x越大，离子质量越大b若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小c只要x相同，则离子质量一定相同d只要x相同，则离子的荷质比一定相同三 回旋加速器1.构造：如图所示，d1,d2是半圆形金属盒d形盒的缝隙处接 电源。d形盒处于匀强磁场中。2.原理：交流电的周期和粒子加速做圆周运动的周期 ，粒子在做圆周运动的过程中一次次的经过d形盒缝隙，两盒间的电势差一次次的反向，粒子就会一次次的加速。由qvb= 得ekm= ，可见粒子获得的最大动能由 和 决定，与加速电压 关（“有”或“无”）讨论：要提高带电粒子的最终能量，应采取什么措施？（可由上式分析）课堂练习（二）1.1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个d形盒d1,d2构成，其间留有空隙。下列说法正确的是（ ）a. 粒子由加速器的中心附近进入加速器b. 粒子由加速器的边缘进入加速器c. 离子从磁场中获得能量d. 离子从电场中获得能量2. 用回旋加速器来加速质子，为了使质子获得的动能增加为原来的4倍，原则上可采用下列哪几种方法（ ）a.将其磁感应强度增加为原来的2倍b.将其磁感应强度增加为原来的4倍c.将d形盒的半径增大为原来的2倍d.将d形盒的半径增大为原来的2倍巩固训练1.如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为b和e。平板s上有可让粒子通过的狭缝p和记录粒子位置的胶片a1a2。平板s下方有强度为b0的匀强磁场。下列表述正确的是( )a质谱仪是分析同位素的重要工具b速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外c能通过的狭缝p的带电粒子的速率等于e/bd粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝p，粒子的荷质比越小xx1x2a0b0bauv0s2.图是质谱仪工作原理的示意图。带电粒子a、b经电压u加速（在a点初速度为零）后，进入磁感应强度为b的匀强磁场做匀速圆周运动，最后分别打在感光板s上的x1、x2处。图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径，则 （ ） aa的质量一定大于b的质量ba的电荷量一定大于b的电荷量ca运动的时间大于b运动的时间s +p1p2a2 a1. . . . . . . . . . . . . . . . . . .b1b2da的比荷（q a /ma）大于b的比荷（qb /mb）3.如图所示，有a,b,c,d四个离子，它们带同种电荷且电量相等，它们的速率关系为vavb=vcvd,质量关系为ma=mbmc=md,进入速度选择器后，有两种粒子从速度选择器射出，由此可以判定（ ）a. 射向p1的是a粒子b. 射向p2的是b粒子c. 射向a1的是c粒子d. 射向a2的是d粒子4.在回旋加速器中，带电粒子在d形盒内经过半个周期所需时间t与下列哪些物理量无关（ ）a. 带电粒子的质量和电量b. 带电粒子的速度c. 加速器的磁感应强度d. 带电粒子运动的轨道半径b5.回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示. 如果用同一回旋加速器分别加速氚核（）和粒子（），比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，有（ ）a.加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能也较大b.加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小c.加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小d.加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大6.如图所示，回旋加速器d形盒的最大半径为r，匀强磁场垂直穿过d形盒面，两d形盒的间距为d。一质量为m,带电量为q的粒子每次经过间隙时都被加速，加速电压大小为u。粒子从静止开始多次加速，当速度达到v时粒子从d形盒的边缘引出。求：（1） 磁感应强度b的大小（2）