3.6.2《洛伦兹力与现代技术》学案(二)

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1、黄冈中学广州学校高二物理粤教版选修3-1学案编制人：於振华《3.6.2洛伦兹力与现代技术》学案班级:_______学号：_______姓名：_______【知能预备】一、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(

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__________．二、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

3、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.【典例精讲】例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(　　)黄冈中学广州学校高二物理粤教版选修3-1学案编制人：於振华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

4、形金属盒的半径例2．如图8-2-4所示为质谱仪的示意图．速度选择器部分的匀强电场场图8-2-4强E=1.2×105v／m，匀强磁场的磁感强度为B1=0.6T．偏转分离器的磁感强度为B2=0．8T．求：(1)能通过速度选择器的粒子速度多大?(2)质子和氘核进入偏转分离器后打在照相底片上的条纹之间的距离d为多少?【自试牛刀】变式1．如图3－5－5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

5、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，粒子的荷质比越小变式2.已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B＝1.5T，D形盒的半径为R＝60cm，两盒间电压Ｕ＝2×104V，今将α粒子从近于间隙中心某处向D形盒内近似等于零的初速度，垂直于半径的方向射入，求粒子在加速器内运行的时间的最大可能值。变式3.回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两

6、个D形金属盒，两盒分别和一高频交流电源两极相连，以便在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过窄缝都得到加速，两盒放在匀强磁场中，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Rm，其运动轨迹如图所示，问：(1)盒中有无电场？(2)粒子在盒内做何种运动？(3)所加交流电频率应是多大，粒子角速度为多大？(4)粒子离开加速器时速度是多大，最大动能为多少？(5)设两D形盒间电场的电势差为U，求加速到上述能量所需的时间．(黄冈中学广州学校高二物理粤教版选修3-1学案编制人：於振华不计

7、粒子在电场中运动的时间)