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课时导学案无答案粤教版选修3_1

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课时导学案无答案粤教版选修3_1

第六节洛伦兹力与现代技术【自主学习】一、学习目标1.知道速度选择器、质谱仪、回旋加速器的工作原理2.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3.情感、态度与价值观具备严密的科学推理的作风。二、重点难点速度选择题、质谱仪、回旋加速器的工作原理三、自主学习速度选择器、质谱仪和回旋加速器　Ⅰ1.速度选择器若qv0B＝Eq，即v0＝，粒子做匀速直线运动2．质谱仪(1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成．(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式qU＝mv2.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系式qvB＝． 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．r＝，m＝，＝．3．回旋加速器(1)构造：如图9－2－3所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源．D形盒处于匀强磁场中．(2)原理：交流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，粒子就会被一次一次地加速．由qvB＝，得Ekm＝，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度和D形盒半径决定，与加速电压无关．【课堂检测】1.如图所示，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通过两极板．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．磁感应强度2.如图所示，一个质量为m、电荷量为e的粒子从容器A下方的小孔S，无初速度地飘入电势差为U的加速电场，然后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打在照相底片M上．下列说法正确的是(　　)． A．粒子进入磁场时的速率v＝B．粒子在磁场中运动的时间t＝C．粒子在磁场中运动的轨道半径r＝D．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位置3．回旋加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是(　　)．A．离子从电场中获得能量B．离子从磁场中获得能量C．只增大空隙距离可增加离子从回旋加速器中获得的动能D．只增大D形盒的半径可增加离子从回旋加速器中获得的动能课堂训练案【当堂训练】1．如图所示，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．则这些粒子一定具有相同的(　　)．　　　　　　　　　　　　　　　　　　A．质量mB．电荷量qC．运动速度vD．比荷2．质谱仪是测带电粒子质量和分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)经同一电场加速后，垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相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．若只增大加速电压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速带电粒子的回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒．在加速带电粒子时，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速时间，则下列判断正确的是(　　)．A．在Ek－t图中应有t4－t3＝t3－t2＝t2－t1B．高频电源的变化周期应该等于tn－tn－1C．粒子加速次数越多，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【巩固拓展】1．如图所示是医用回旋加速器示意图，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．现分别加速氘核(H)和氦核(He)．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率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图所示，则下列相关说法中正确的是(　　)．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D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，荷质比越小3．(回旋加速器模型)如图所示为一种获得高能粒子的装置，环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调节的均匀磁场，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得到加速，每当粒子离开B板时，A板电势又降为零，粒子在电场一次次加速下动能不断增大，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速，绕行n圈后回到A板时获得的总动能为2nqUB．在粒子绕行的整个过程中，A板电势可以始终保持为＋UC．在粒子绕行的整个过程中，每一圈的周期不变D．为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动，磁场必须周期性递增，则粒子绕行第n圈时的磁感应强度为