广东省惠州市高中物理第三章磁场第五节研究洛伦兹力第5课时导学案粤教版选修3-1

第六节洛伦兹力与现代技术【自主学习】一、学习目标知道速度选择器、质谱仪、盘旋加快器的工作原理过程与方法数学方法在物理中的应用、物理原理解决实际问题情感、态度与价值观具备严实的科学推理的作风。二、重点难点速度选择题、质谱仪、盘旋加快器的工作原理三、自主学习速度选择器、质谱仪和盘旋加快器ⅠE速度选择器若qv0B＝Eq，即v0＝B，粒子做匀速直线运动2．质谱仪结构：如下图，由粒子源、加快电场、偏转磁场和照相底片等组成．(2)原理：粒子由静止被加快电场加快，根据动能定理可得关系式

12qU＝2mv.粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关2mv系式qvB＝r．由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷．12mUqr2B2q2Ur＝，m＝2U，＝22．BqmBr3．盘旋加快器结构：如图9－2－3所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接沟通电源．D形盒处于匀强磁场中．原理：沟通电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一mv2q2B2R2次一次地加快．由qvB＝R，得Ekm＝2m，可见粒子获得的最大动能由磁感觉强度和D形盒半径决定，与加快电压无关．【讲堂检测】如下图，在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下，磁场方向垂直于纸面向里．一带电粒子以某一速度沿水平直线经过两极板．若不计重力，下列四个物理量中哪一个改变时，粒子运动轨迹不会改变( )．A．粒子速度的大小B．粒子所带的电荷量C．电场强度D．磁感觉强度如下图，一个质量为m、电荷量为e的粒子冷静器A下方的小孔S，无初速度地飘入电势差为U的加快电场，然后垂直进入磁感觉强度为B的匀强磁场中，最后打在照相底片M上．下列说法正确的选项是( )．2eUA．粒子进入磁场时的速率v＝m2πmB．粒子在磁场中运动的时间t＝eB12mUC．粒子在磁场中运动的轨道半径r＝BeD．若容器A中的粒子有初速度，则粒子仍将打在照相底片上的同一地点3．盘旋加快器由两个铜质D形盒D1、D2组成，其间留有缝隙，下列说法正确的选项是( )．A．离子从电场中获得能量B．离子从磁场中获得能量C．只增大缝隙距离可增加离子从盘旋加快器中获得的动能D．只增大D形盒的半径可增加离子从盘旋加快器中获得的动能讲堂训练案

【当堂训练】1．如下图，在两个水平放置的平行金属板之间，电场和磁场的方向相互垂直．一束带电粒子(不计重力)沿着直线穿过两板间的空间而不发生偏转．则这些粒子一定拥有相同的( )．A．质量mB．电荷量qqC．运动速度vD．比荷m2．质谱仪是测带电粒子质量和剖析同位素的一种仪器，如图9－2－25所示．它的工作原理是带电粒子(不计重力)经同一电场加快后，垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用有关规律计算出带电粒子质量．图中虚线为某粒子运动轨迹，由图可知( )．A．此粒子带负电B．下极板S2比上极板S1电势低C．若只增大加快电压U，则半径r变大D．若只增大入射粒子的质量，则半径r变小3．如图甲所示是用来加快带电粒子的盘旋加快器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒．在加快带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连．带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，忽略带电粒子在电场中的加快时间，则下列判断正确的选项是( )．A．在E－t图中应有t－t＝t－t＝t－t1k43322B．高频电源的变化周期应当等于tn－tn－1C．粒子加快次数越多，粒子最大动能一定越大D．要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的半径课后拓展案【稳固拓展】1．如下图是医用盘旋加快器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连．现分别加快氘核24(1H)和氦核(2He)．下列说法中正确的( )．A．它们的最大速度相同B．它们的最大动能相同C．它们在D形盒内运动的周期相同D．仅增大高频电源的频次可增大粒子的最大动能2．(质谱仪模型)1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖．若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如下图，则下列有关说法中正确的选项是( )．A．该束带电粒子带负电B．速度选择器的P1极板带正电C．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大qD．在B2磁场中运动半径越大的粒子，荷质比越小m3．(盘旋加快器模型)如下图为一种获得高能粒子的装置，环形地区内存在垂直纸面向外、大小可调节的平均磁场，质量为m，电荷量为＋q的粒子在环中做半径为R的圆周运动，A、B为两块中心开有小孔的极板，原来电势都为零，每当粒子顺时针飞经A板时，A板电势升高为U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间电场中获得加速，每当粒子走开B板时，A板电势又降为零，粒子在电场一次次加快下动能不断增大，而绕行半径不变( )．A．粒子从A板小孔处由静止开始在电场作用下加快，绕行n圈后回到A板时获得的总动能为2