物理：3-6洛伦兹力与现代技术课件(粤教版选修3.2).pptVIP

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;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＝__________.;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______;2．构造：质谱仪的结构如图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.;3．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 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．;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速器，其真空室的直径只有10.2 cm，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．;2．构造和原理 (1)构造图：如图3－6－3;核心要点突破;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∶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 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)．;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)．;(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.;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．;即时应用(即时突破，小试牛刀) 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________．;三、回旋加速器的原理;由v0变为v1，然后粒子在上方D形盒的匀强磁场中做圆周运动，经过半