高中物理 5.6 洛伦兹力与现代科技课件 沪科版选修31.ppt

第6课时洛伦兹力与现代科技 图5 6 1 课前自主学习 一 回旋加速器1 结构 回旋加速器主要由圆柱形磁极 金属盒 电源 粒子源和粒子引出装置等组成 知识梳理 两个d形 高频交变 二 质谱仪1 质谱仪的作用利用磁场对带电粒子的偏转 由带电粒子的电荷量 轨道半径确定其质量的仪器 2 构造如图5 6 2所示 主要由以下几部分组成 带电粒子注入器 加速电场 u 图5 6 2 速度选择器 b1 e 偏转磁场 b2 照相底片3 速度选择器原理 1 粒子受力特点 同时受方向相反的电场力和磁场力作用 注意 速度选择器两极板间距离极小 粒子稍有偏转 即打到极板上 速度选择器对正 负电荷均适用 速度选择器中的e b1的方向具有确定的关系 仅改变其中一个方向 就不能对速度做出选择 4 质谱仪的工作原理如图5 6 2所示 设进入加速电场的带电粒子带电荷量为 q 质量为m 电场两板间电压u 粒子出电场后垂直进入磁感应强度为b2的匀强磁场 1 如图5 6 3所示 水平导线中有电流i通过 导线正下方的电子初速度的方向与电流i的方向相同 则电子将 a 沿路径a运动 轨迹是圆b 沿路径a运动 轨迹半径越来越大c 沿路径a运动 轨迹半径越来越小d 沿路径b运动 轨迹半径越来越小答案 b 基础自测 图5 6 3 2 电子在匀强磁场中做匀速圆周运动 下列说法正确的是 a 速率越大 周期越大b 速率越小 周期越大c 速度方向与磁场方向平行d 速度方向与磁场方向垂直 答案 d 3 1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器 其原理如图5 6 4所示 这台加速器由两个铜质d形盒d1 d2构成 其间留有空隙 下列说法正确的是 a 离子由加速器的中心附近进入加速器b 离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答案 ad 图5 6 4 4 经过回旋加速器加速后 带电粒子获得的动能 a 与d形盒的半径无关b 与高频电源的电压无关c 与两d形盒间的缝隙宽度无关d 与匀强磁场的磁感应强度无关答案 bc 5 如图5 6 5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 图5 6 5 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 bd 粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝p 粒子的荷质比越小答案 abc 课堂互动探究 工作原理利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子 这些过程在回旋加速器的两个d形盒和其间的窄缝内完成 如图5 6 6所示 回旋加速器 图5 6 6 2 电场的作用 回旋加速器的两个d形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的匀强电场 方向垂直于两d形盒正对的截面 带电粒子经过该区域时被加速 3 交变电压 为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速 使之能量不断提高 须在窄缝两侧加上跟带电粒子在d形盒中运动周期相同的交变电压 带电粒子的最终能量 可见 要提高加速粒子的最终能量 应尽可能增大磁感应强度b和d形盒的半径r 例1 有一回旋加速器 它的高频电源的频率为1 2 107hz d形盒的半径为0 532m 求加速氘核时所需的磁感应强度为多大 氘核所能达到的最大动能为多少 氘核的质量为3 3 10 27kg 氘核的电荷量为1 6 10 19c 答案 1 55t2 64 10 12j 题后反思 回旋加速器中粒子在磁场中做圆周运动的周期等于d形盒所加交变电压的周期 用一台回旋加速器来加速质子时 为使质子获得的动能增加为原来的4倍 则可以采取的方法是 a 将回旋加速器的磁感应强度b增大到原来的2倍b 将磁感应强度b提高到原来的4倍c 将d形盒的直径增大到原来的4倍d 将d形盒的直径和磁感应强度b各增大到原来的2倍解析 本题的关键是知道回旋加速器使粒子获得的最大动能与哪些客观因素 回旋加速器构造 有怎样的关系 答案 a 1 质谱仪是用来测定比荷 以鉴定同位素的装置 该装置包含三部分 其一是粒子加速器 其二是速度选择器 其三是偏转磁场 如图5 6 7所示 质谱仪 图5 6 7 例2 如图5 6 8所示是一种质谱仪的示意图 从离子源s产生的正离子 经过s1和s2之间的加速电场 进入速度选择器 p1和p2间的电场强度为e 磁感应强度为b1 离子由s3射出后进入磁感应强度为b2的匀强磁场区域 由于各种离子轨道半径r不同 而分别射到底片上不同的位置 形成谱线 图5 6 8 2 若已知速度选择器中的电场强度e和磁场强度b1 r和b2也知道 则离子的比荷为多少 3 要使氢的同位素氘和氚的正离子经加速电场和速度选择器以相同的速度进入磁感应强度为b2的匀强磁场 设进入加速电场时速度为零 若保持速度选择器的e和b1不变 则加速电场s1 s2间的电压比应为多少 它们谱线位置到狭缝s3间距离之比为多少 题后反思 质谱仪首先选取速度相同的粒子 由于不同粒子有不同的比荷 因此打在底片上的不同位置 所以质谱仪可以分开同位素 质谱仪原理如图5 6 9所示 a为粒子加速器 电压为u1 b为速度选择器 磁场与电场正交 磁感应强度为b1 板间距离为d c为偏转分离器 磁感应强度为