[理化生]36洛伦兹力与现代技术.ppt

变式训练1如图3－6－13所示，一带电量为q＝＋2×10－9C、质量为m＝1.8×10－16kg的粒子，在直线上一点O处沿与直线成30°角的方向垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，经历t＝1.5×10－6s后到达直线上另一点P.求： (1)粒子做圆周运动的周期T； (2)磁感应强度B的大小； (3)若OP的距离为0.1 m，则粒子的运动速度v多大？ 图3－6－13 解析：粒子进入磁场后，受洛伦兹力的作用，重力很小可忽略．粒子做匀速圆周运动的轨迹如图所示． 答案：(1)1.8×10－6s　(2)0.314 T (3)3.49×105 m/s * 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 (1)不加磁场时，观察到电子束的径迹是 _________ (2)加上磁场时，电子束的径迹是________ 图3－6－1 一条直线． 一个圆． 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＝__________. 2πm/qB 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______ 原子序数相同 原子质量不同 荷质比 质量． 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. 匀速圆周 图3－6－2 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． 测量荷质比 阿斯顿 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． 1930 劳伦斯 1939 诺贝尔物理学 2．构造和原理 (1)构造图：如图3－6－3 图3－6－3 (2)如果交流电源的周期正好与离子运动的周期____，离子在每次通过间隙时都会被加速，随着速度的增加，离子做圆周运动的半径也将逐步加大，当达到预期的速率时，用静电偏转板将高能离子引出D形盒，用于科学研究． 相同 核心要点突破 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 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