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（通用） 5页

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　Ⅰ ‎1.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m B．电荷量q C．运动速度v D．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－t1‎ B．高频电源的变化周期应该等于tn－tn－1‎ C．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2nqU B．在粒子绕行的整个过程中，A板电势可以始终保持为＋U C．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