沪教版高中物理选修3-1 5.6洛伦兹力与现代科技_学案1

洛伦兹力与现代科技

学习目标 （1）知道加速器的原理； （2）掌握回旋加速器的原理； （3）知道速度选择器和质谱仪的原理及应用。
学习重点 带电粒子在电场和磁场的受力与运动分析与现代科技应用的联系。
学习难点 将实际问题转化为物理模型的研究方法。。
学习过程
自主学习 一、回旋加速器（1）构造图：如图所示 回旋加速器的核心部件是两个________。（2）回旋加速器的工作条件：粒子在磁场运动的周期与交变电压的周期必须 。（3）周期：粒子每经过一次加速，其轨道半径就大一些，粒子绕圆周运动的周期_______。（4）最大动能：即粒子离开D形盒时的动能。由qvB＝和Ek＝mv2得Ek＝________，当r＝R时，有最大动能Ekm＝(R为D形盒的半径)，即粒子在回旋加速器中获得的最大动能与q、m、B．R有关，与加速电压 。二、质谱仪1．工作原理：如图所示（1）加速 带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得：________＝mv2---------------------------------①（2）匀速运动 带电粒子进入速度选择器中做匀速直线运动，满足关系式（3）偏转带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力： ____＝---------------------②（4）由①②两式可以求出：粒子的半径r、__________、________等。其中由r＝ 可知电荷量相同时，半径将随________变化。2．质谱仪的应用：可以测定带电粒子的质量和分析__________。
合作探究 探究一：早期的加速器是通过什么方式提高粒子能量的？它与直线加速器都存在怎样的弊端？ 探究二：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与速度增大时，它的运动周期T是否变化？为什么？要保证粒子每次经过D形盒的间隙时，都能受到合适的电场力加速，高频电源的频率应符合怎样的要求？ 探究三：普通的回旋加速器存在怎样的弊端？加速器又经历了怎样的创新历程？ 探究四：质谱仪，如右图所示：经过加速电场后的粒子速度为多少？ ②进入速度选择器的粒子具有怎样大小的速度，才能顺利进入磁场？ ③求落点到入口的距离X？探究五：洛伦兹力在现代科技中的广泛应用
达标检测 1．回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是( )A．增大匀强电场间的加速电压 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2．如图所示，水平放置的平行金属板A．B带有等量正负电荷，a板带正电，两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带正电的液滴在两板间作直线运动。关于液滴在两板间运动的情况，可能是 （ ）A．沿竖直方向向下运动B．沿竖直方向向上运动C．沿水平方向向右运动D．沿水平方向向左运动3．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来越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小4．某回旋加速器D形盒的半径R=60cm，用它加速质量m=1．67×10－27kg，电荷量q=1．6×10－19C的质子，要把静止质子加速到Ek=4．0MeV的能量，求D形盒内的磁感应强度B应多大？ 5．如图所示，质量为为m、电量为q的带电粒子，经电压为U加速，又垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场后落到图中D点，求A．D间的距离和粒子在磁场中运动的时间。


a

b

B



2