学教科版选修31 3.5洛伦兹力的应用 教案（5）.docx

3.5洛伦兹力的应用 教案【学习目标】1. 理解带电粒子在b与v垂直时做匀速圆周运动 2. 会推导带电粒子仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动的半径和周期，并用它解答有关问题. 3. 知道回旋加速器和质谱仪的构造和原理.【重点难点】1. 重点:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式和周期公式，并能用来解决有关问题。2. 难点：分析理解质谱仪、回旋加速器的原理(一)基础探究探究一 带电粒子在匀强磁场中的运动例1如图所示的装置是用来掩饰电子在匀强磁场中运动轨迹的装置(1)不加磁场时，电子的运动轨迹如何？加上磁场时，电子的运动轨迹如何？(2)如果保持出射电子的速度不变，增大磁感应强度，轨迹圆半径如何变化？如果保持磁感应强度不变，增大出射电子的速度，圆半径如何变化？探究二、质谱仪 例2结合右图甲，总结质谱仪的构造和各部分的作用，简述质谱仪的工作原理.(1) 带电粒子在p1与p2两平行板间做什么运动？若已知p1、p2间匀强电场的电场强度为e，磁感应强度为b1，则从s0穿出的粒子速度是多大？(2) 如图所示，已知s0下方磁场磁感应强度为b2，粒子打在底片上的位置距s0l狭缝距离为l，则粒子的荷质比是多大？三、回旋加速器1回旋加速器主要由哪几部分组成？回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？2对交流电源的周期有什么要求？带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？四 、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题的分析1圆心的确定方法：两线定一点(1)圆心一定在垂直于速度的直线上如图甲所示，已知入射点p(或出射点m)的速度方向，可通过入射点和出射点作速度的垂线，两条直线的交点就是圆心(2)圆心一定在弦的中垂线上如图乙所示，作p、m连线的中垂线，与其中一个速度的垂线的交点为圆心2半径的确定半径的计算一般利用几何知识解直角三角形做题时一定要做好辅助线，由圆的半径和其他几何边构成直角三角形3粒子在磁场中运动时间的确定（二）典例精析一、带电粒子在磁场中运动的基本问题例1已知氢核与氦核的质量之比m1m214，电荷量之比q1q2 12，当氢核与氦核以v1v241的速度，垂直于磁场方向射入磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核半径之比r1r2_，周期之比t1t2_.二、对质谱仪和回旋加速器原理的理解例2 (单选) 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的磁感应强度和匀强电场的场强分别为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下方有磁感应强度为b0的匀强磁场下列表述错误的是 ( ) 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能通过狭缝p的带电粒子的速率等于e/b d粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝p，粒子的比荷越小例3 回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器，其核心部分是两个d形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒内的狭缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝时都得到加速，两盒放在磁感应强度为b的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为rmax.求： (1)粒子在盒内做何种运动；(2)所加交变电流频率及粒子角速度；(3)粒子离开加速器时的最大速度及最大动能 课堂检测一、课中检测与训练1.（单选）如图所示，场强e的方向竖直向下，磁感应强度b1的方向垂直于纸面向里，磁感应强度b2的方向垂直纸面向外，在s处有四个二价正离子甲、乙、丙、丁以垂直于场强e和磁感应强度b1的方向射入，若四个离子质量m甲m乙m丙m丁，速度v甲v乙v丙v丁，则运动到p1、p2、p3、p4四个位置的正离子分别为（ ）a甲乙丙丁 b甲丁乙丙 c丙乙丁甲 d甲乙丁丙2.（多选）回旋加速器是加速带电粒子的装置，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是()a增大匀强电场的加速电压 b增大磁场的磁感应强度c减小狭缝间的距离 d增大d形金属盒的半径3.(带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题) (单选)如图所示，有界匀强磁场边界线spmn，速率不同的同种带电粒子从s点沿sp方向同时射入磁场其中穿过a点的粒子速度v1与mn垂直；穿过b点的粒子速度v2与mn成60角，设粒子从s到a、b所需时间分别为t1和t2,则t1t2为(重力不计) () a13 b43 c11 d32 训练案一、单项选择题1一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段径迹如图3620所示，径迹上每小段可近似的看成圆弧，由于带电粒子使沿途空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电荷量不变)，则由图中情况可判定下列说法正确的是() a粒子从a运动到b，带正电b粒子从b运动到a，带正电c粒子从a运动到b，带负电d粒子从b运动到a，带负电2如图所示，在x0、y0的空间中有恒定的匀强磁场，磁感应强度的方向垂直于xoy平面向里，大小为b.现有一质量为m、电荷量为q的带电粒子，在x轴上到原点的距离为x0的p点，以平行于y轴的初速度射入此磁场，在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场不计重力的影响由这些条件可知()a不能确定粒子通过y轴时的位置b不能确定粒子速度的大小c不能确定粒子在磁场中运动所经历的时间d以上三个判断都不对3图3622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的匀强磁场中做匀速圆周运动，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与b有相同的质量，打在感光板上时，b的速度比a大ba与b有相同的质量，但a的电量比b的电量小ca与b有相同的电量，但a的质量比b的质量大da与b有相同的电量，但a的质量比b的质量小4如图所示，在x轴上方存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为b的匀强磁场一个不计重力的带电粒子从坐标原点o处以速度v进入磁场，粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与x轴正方向成120角，若粒子穿过y轴正半轴后在磁场中到x轴的最大距离为a，则该粒子的荷质比和所带电荷的正负是()a.，正电荷 b.，正电荷c.，负电荷 d.，负电荷二、多项选择题5(多选)用回旋加速器加速质子时，所加交变电压的频率为f，为了使质子获得的最大动能增加为 原来的4倍，可采用下列哪几种方法 ()a将其磁感应强度增大为原来的2倍b将d形金属盒的半径增大为原来的2倍c将两d形金属盒间的加速电压增大为原来的4倍d将交变电压的频率增大为原来的4倍6电子以垂直于匀强磁场的速度v，从a点进入长为d，宽为l的磁场区域，偏转后从b点离开磁场，如图所示若磁场的磁感应强度为b，那么()a电子在磁场中的运动时间tb电子在磁场中的运动时间tc洛伦兹力对电子做的功是wbev2td电子在b点的速度值也为v三、非选择题7目前世界上正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，它可以把气体的内能直接转化为电能，图3521表示出了它的发电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒