学案 5 洛伦兹力与现代科技[学习目标定位] 1.了解回旋加速器的构造及工作原理，并会应用其原理解决相关问题.2.了解质谱仪的构造及工作原理.3.会分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动问题．一、回旋加速器1．使带电粒子获得较高的能量的基本原理是让带电粒子在电场中受力被加速．图 12．回旋加速器的核心部件是两个 D 形金属扁盒，它们之间有一间隙(如图 1)．两个 D 形盒分别与高频电源的两极相连，使间隙中产生交变电场，加速带电粒子．磁场方向垂直于 D 形盒的底面．当带电粒子垂直于磁场方向进入 D 形盒中，粒子受到洛伦兹力的作用而做匀速圆周运动，经过半个周期回到 D 形盒的边缘．间隙中的电场使它获得一次加速．二、质谱仪1．质谱仪是科学研究中用来分析同位素和测量带电粒子质量的精密仪器．2．质谱仪的原理示意图如图 2 所示．图 2从离子源 S 产生的离子经电场加速后，由小孔 S1 进入一个速度选择器，再经小孔 S2 进入匀强磁场 B′，受洛伦兹力作用做匀速圆周运动，最后打到显示屏 D 上．那些原子序数相同而相对原子质量不同的同位素离子，将在显示屏上按质量大小排列成若干条细条状谱线，每一条谱线对应于一定的质量，故称“质谱仪”．1一、回旋加速器[问题设计]1．回旋加速器主要由哪几部分组成？回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？答案 两个 D 形盒 磁场的作用是使带电粒子回旋，电场的作用是使带电粒子加速．2．对交流电源的周期有什么要求？带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？答案 交流电源的周期应等于带电粒子在磁场中运动的周期．当带电粒子速度最大时，其运动半径也最大，即 rm＝，再由动能定理得：Ekm＝，所以要提高带电粒子获得的最大动能，应尽可能增大磁感应强度 B 和 D 形盒的半径 rm.[要点提炼]1．洛伦兹力永远不做功，磁场的作用是让带电粒子“转圈圈”，电场的作用是加速带电粒子．2．两 D 形盒窄缝所加的是与带电粒子做匀速圆周运动周期相同的交流电，且粒子每次过窄缝时均为加速电压．3．带电粒子获得的最大动能 Ekm＝，决定于 D 形盒的半径 r 和磁感应强度 B.[延伸思考]为什么带电粒子加速后的最大动能与加速电压无关呢？答案 加速电压高时，粒子在加速器中旋转的圈数较少，而加速电压低时，粒子在加速器中旋转的圈数较多，最终粒子离开加速器时的速度与加速电压无关．二、质谱仪[问题设计]1．如图 3 所示，是速度选择器的原理图．带正电的粒子以速度 v ...
