第3章第6节洛伦兹力和现代技术-副本汇编.ppt

变式训练2 (双选)质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如3－6－15图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断(　　) 图3－6－15 A．若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大 B．若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小 C．只要x相同，则离子质量一定相同 D．只要x相同，则离子的荷质比一定相同 回旋加速器 例3 回旋加速器是用于加速带电粒子流，使之获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间狭缝中形成匀强电场，使粒子每穿过狭缝都得到加速；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量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rm，其运动轨迹如图3－6－16所示，问 (1)粒子在盒内做何种运动？ (2)粒子在两盒间狭缝内做何种运动？ (3)所加交变电压频率为多大？ (4)粒子离开加速器时速度多大？ (5)设两D形盒间电场的电势差为U，盒间距离为d，求加速到上述能量所需时间． 图3－6－16 【方法总结】回旋加速器是带电粒子在电场、磁场中运动的一种具体应用．电场起加速作用，磁场起偏转作用，使得带电粒子在有限的空间范围内可以获得很大的速度，从而获得相应的动能．与圆周运动相比，加速运动的加速时间极短，也可以忽略． 变式训练3　一回旋加速器，在外加磁场一定时，可把质子(11H)加速到v，使它获得的动能为Ek，则 (1)能把α粒子(He)加速到的速度为________； (2)能使α粒子获得的动能为________； (3)加速α粒子的交流电压频率与加速质子的交流电压频率比为________． 山东水浒书业有限公司· 优化方案系列丛书 第3章 磁场 课前自主学案 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 山东水浒书业有限公司· 优化方案系列丛书 第3章 磁场 课前自主学案 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 返回 第六节　洛伦兹力与现代技术 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 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＝________. 2：1 1：2 二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的分析 带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 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)． 图3－6－5 ②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，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图3－6－6所示，P为入射点，M为出射点)． 图3－6－6 (2)几个有关的角及其关系 如图3－6－7所示，粒子做匀速圆周运动时，φ为粒子速度的偏向角，粒子与圆心的连线转过的角度α为回旋角(或圆心角)，AB弦与切线的夹角θ为弦切角，它们的关系为：φ＝α＝2θ. 图3－6－7 特别提醒：在不同边界的磁场中运动的几种轨迹如图3－6－8所示．（如何找圆心？） 图3－6－8 2.如图3－6－9所示，一束电子(电荷量为e)以速度v垂直射入磁感应强度为B，宽度为d的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30°，则电子的质量是________，穿透磁场的时间是________． 图3－6－9 如图所示，虚线圆所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.一束电子沿圆形区域的直径方向以速度v射入磁场，电子束经过磁场区域后，其运动方向与原入射方向成θ角．设电子的质量为m，电荷量为e，不计电子之间的相互作用力