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- 2021-05-26 发布
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课题:§3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动 (2)
【学习目标】:
1、能准确表述回旋加速器的基本构造、工作原理及用途。
2、能准确表述速度选择器的工作原理,学会处理带电粒子在复合场中做直线运动的问题。
3、能表述质谱仪的工作原理并学会处理有关问题。
4、学会带电粒子在匀强磁场中运动问题的处理方法并应用之。
【学习重点】:
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式,并能用来分析、处理有关问题。
【学习难点】:
带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹。
【自主预习】:
当带电粒子q以速度v垂直进入匀强磁场中
(1)粒子在匀强磁场中做什么运动?轨迹是什么?
(2)、轨道半径和周期
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径及周期公式.
a、轨道半径r = b、周期T =
【合作探究】:
探究活动一:、回旋加速器工作原理:
1、直线加速器
①加速原理:利用加速电场对带电粒子做正功使带电的粒子动能增加,即qU=ΔEk
②直线加速器的多级加速:教材101页图6-5所示的是多级加速装置的原理图,由动能定理可知,带电粒子经N级的电场加速后增加的动能,
ΔEk=q(U1+U2+U3+U4+…Un)
③直线加速器占有的空间范围大,在有限的空间内制造直线加速器受到一定的限制。
2、回旋加速器
①由美国物理学家劳伦斯于1932年发明。
②核心部件为两个D形盒(加匀强磁场)和其间的夹缝(加交变电场)。
③加速原理:学生分析讨论“思考与讨论”
磁场的作用:
电场的作用:
交变电压的作用:
带电粒子经加速后的最终能量:(运动半径最大为D形盒的半径R)
讨论:要提高带电粒子的最终能量,应采取什么措施?
练习:一个用于加速质子的回旋加速器,其核心部分如图所示,D形盒半径为R,垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B,两盒分别与交流电源相连.下列说法正确的是( ).
A.质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大
B.质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大
C.只要R足够大,质子的速度可以被加速到任意值
D.不需要改变任何量,这个装置也能用于加速α粒子
探究活动二:质谱仪的工作原理
例1、如图所示,一质量为m,电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U的加速电场,然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中,最后打到底片D上.
(1)粒子进入磁场时的速率。
(2)求粒子在磁场中运动的轨道半径。
探究活动三:速度选择器的工作原理
例2:
如图所示为一速度选择器,也称为滤速器的原理图.K为电子枪,由枪中沿KA方向射出的电子,速率大小不一.当电子通过方向互相垂直的匀强电场和磁场后,只有一定速率的电子能沿直线前进,并通过小孔S.设产生匀强电场的平行板间的电压为300 V,间距为5 cm,垂直于纸面的匀强磁场的磁感应强度为0.06 T,问:
(1)磁场的指向应该向里还是向外?
(2)速度为多大的电子才能通过小孔S?
速度选择器的特点:
探究活动四:典例分析
例3:一个负离子,质量为m,电荷量大小为q,以速率v垂直于屏S经过小孔O射入存在着匀强磁场的真空室中,如图所示。磁感应强度B的方向与离子的运动方向垂直,并垂直于图中纸面向里。
(1)求离子进入磁场后到达屏S上时的位置与O点的距离。
(2)如果离子进入磁场后经过时间t到达位置P,证明:直线OP与离子入射方向之间的夹角θ跟t的关系是θ=t。
【课堂小结】:
【达标测评】:
1、电子自静止开始经M、N板间(两板间的电压为u)的电场加速后从A点垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中,电子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L,如图所示。求匀强磁场的磁感应强度。(已知电子的质量为m,电量为e)
2、质谱仪原理如图所示,a为粒子加速器,电压为U1;b为速度选择器,磁场与电场正交,磁感应强度为B1,板间距离为d;c为偏转分离器,磁感应强度为B2.今有一质量为m、电荷量为e的正粒子(不计重力),经加速后,该粒子恰能通过速度选择器,粒子进入分离器后做匀速圆周运动.求:
(1)粒子的速度v为多少?
(2)速度选择器的电压U2为多少?
(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大?