物理：3.6洛伦兹力与现代技术课件(粤教版选修3-1)

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1、第六节　洛伦兹力与现代技术课标定位学习目标：1.掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律和分析方法．2．知道质谱仪和回旋加速器的构造和原理．重点难点：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律及分析方法．一、带电粒子在磁场中的运动1．演示实验如图3－6－1中甲、乙所示(1)不加磁场时，观察到电子束的径迹是_________(2)加上磁场时，电子束的径迹是________图3－6－1一条直线．一个圆．2．当带电粒子在磁场中仅受洛伦兹力作用时，由于洛伦兹力始终与运动方向垂直，故带电粒子做匀速圆周运动，已知电荷量为q的带电粒子，以速度大小为v垂直于磁场方向

2、进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其运动轨道半径为：r＝mv/qB；周期为T＝__________.2πm/qB思考感悟在仅受洛伦兹力作用的情况下，带电粒子在匀强磁场中有可能做变速直线运动吗？提示：在匀强磁场中，带电粒子可以做匀速直线运动，也可以做变速曲线运动，但不可能做变速直线运动．二、质谱仪同位素是____________、____________的原子．由于同位素的化学性质相同，不能用化学方法加以区分，可以采用物理方法．质谱仪常用来研究物质的同位素．1．用途：测定带电粒子的______和______原子序数相同原子质量不同荷质比质量．2．构造：质谱

3、仪的结构如图3－6－2所示，带电粒子经过S1和S2之间的电场加速后，进入P1、P2之间的区域．P1、P2之间存在着互相正交的磁感应强度为B1的匀强磁场和电场强度为E的匀强电场，只有在这一区域内不改变运动方向的粒子才能顺利通过S0上的狭缝，进入磁感应强度为B2的匀强磁场区域．在该区域内带电粒子做________运动，打在照相底片上，留下印迹A1、A2.匀速圆周图3－6－23．原理：带电粒子在加速电场中加速获得速度，且以此速度进入P1、P2之间的区域，因P1、P2之间存在着互相正交的磁感应强度为B1的匀强磁场和电场强度为E的匀强电场，是速度选择器，所以只有

4、满足______的粒子才能做匀速直线运动通过S0上的狭缝．带电粒子以速度v进入磁感应强度为B2的匀强磁场区域，只受洛伦兹力作用，做匀速圆周运动，运动半径r＝，由以上两式消去v，得＝__________.在这些量中v、B、r可直接测量，故可利用该装置__________，若测出q则可求出质量m.质谱仪是汤姆生的学生______发明的，他因发明质谱仪和发现非放射性元素的同位素等贡献而获得1922年诺贝尔化学奖．测量荷质比阿斯顿三、回旋加速器1．加速器是使带电粒子获得高能量的装置.____年美国加利福尼亚州伯克利加州大学的______制成了世界上第一台回旋加

5、速器，其真空室的直径只有10.2cm，此后不断改进又制成了实用的回旋加速器．他因为发明和发展了回旋加速器获得了____年度____________奖．1930劳伦斯1939诺贝尔物理学2．构造和原理(1)构造图：如图3－6－3图3－6－3(2)如果交流电源的周期正好与离子运动的周期____，离子在每次通过间隙时都会被加速，随着速度的增加，离子做圆周运动的半径也将逐步加大，当达到预期的速率时，用静电偏转板将高能离子引出D形盒，用于科学研究．相同核心要点突破一、带电粒子在匀强磁场中的运动1．当v平行于B时：f＝0，匀速直线运动．2．当v垂直于B时：洛伦兹力

6、f起向心力的作用，粒子将做匀速圆周运动(如图3－6－4所示．)粒子运动的轨道半径r和周期T：由f＝F向得：qvB＝mv2/r得粒子运动的轨道半径：r＝mv/qB由T＝2πr/v得：T＝2πm/Bq.图3－6－4即时应用(即时突破，小试牛刀)1．已知氢核与氦核的质量之比m1∶m2＝1∶4，电荷量之比q1∶q2＝1∶2，当氢核与氦核以v1∶v2＝4∶1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r1∶r2＝________，周期之比T1∶T2＝________.答案：2∶11∶2二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的分析带

7、电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的问题，要求我们能正确地分析、解决．特别是带电粒子在有界磁场中的运动，更为重要．这类问题，重要的是画轨迹，找圆心和求半径，然后再利用圆的知识、牛顿第二定律等进一步求解．1．找圆心、求半径(1)圆心的确定带电粒子进入一个有界磁场后的轨迹是一段圆弧，如何确定圆心是解决此类问题的前提，也是解题的关键．一个最基本的思路是：圆心一定在与速度方向垂直的直线上，举例如下：①已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图3－6－5所示，图中P为入射点，M为出射点)．

8、图3－6－5②已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点