高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 5.6 洛伦兹力与现代科技学案 沪科版选修3-1-沪科版高二选修3-1物理学案VIP专享VIP免费

5.6洛伦兹力与现代科技学习目标知识脉络1.知道回旋加速器的构造及工作原理．(重点)2.知道质谱仪的构造及工作原理．(重点)3.了解洛伦兹力在现代科技中的广泛应用．4.掌握综合运用电场和磁场知识研究带电粒子在两场中的受力与运动问题．(难点)[自主预习·探新知][知识梳理]一、回旋加速器1．构造图及特点(如图561所示)图561回旋加速器的核心部件是两个D形盒，它们之间接交流电源，整个装置处在与D形盒底面垂直的匀强磁场中．2．工作原理(1)加速条件交流电的周期必须跟带电粒子做圆周运动的周期相等，即T＝.(2)加速特点粒子每经过一次加速，其轨道半径就大一些(如图562所示)，但由T＝知，粒子做圆周运动的周期不变．图562二、质谱仪1．原理图及特点如图563所示，S1与S2之间为加速电场；S2与S3之间的装置叫速度选择器，它要求E与B1垂直且E方向向右时，B1垂直纸面向外(若E反向，B1也必须反向)；S3下方为偏转磁场．图5632．工作原理(1)加速带电粒子进入加速电场后被加速，由动能定理有qU＝mv2.(2)速度选择通过调节E和B1的大小，使速度v＝的粒子进入B2区．(3)偏转R＝⇒＝＝.3．应用常用来测定带电粒子的比荷(也叫荷质比)和分析同位素等．[基础自测]1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”．)(1)回旋加速器交流电的周期等于带电粒子圆周运动周期的一半．(×)(2)回旋加速器的加速电压越大，带电粒子获得的最大动能越大．(×)(3)利用回旋加速器加速带电粒子，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R.(√)(4)比荷不同的带电粒子通过速度选择器的速度不同．(×)(5)电量相同而质量不同的带电粒子，以相同的速度进入匀强磁场后，将沿着相同的半径做圆周运动．(×)(6)利用质谱仪可以检测化学物质或核物质中的同位素和不同成分．(√)【提示】(1)×交流电周期和粒子圆周运动周期应相等．(2)×带电粒子获得的最大动能与电压无关．(4)×速度选择器只选择一定速度的粒子通过．(5)×粒子做圆周运动的半径与质量有关．2.(多选)1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图564所示．这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是()图564A．离子由加速器的中心附近进入加速器B．离子由加速器的边缘进入加速器C．离子从磁场中获得能量D．离子从电场中获得能量AD[回旋加速器对离子加速时，离子是由加速器的中心附近进入加速器的，故选项A正确，选项B错误；离子在磁场中运动时，洛伦兹力不做功，所以离子的能量不变，故选项C错误；D形盒D1、D2之间存在交变电场，当离子通过交变电场时，电场力对离子做正功，离子的能量增加，所以离子的能量是从电场中获得的，故选项D正确．]3.如图565所示，一个质量为m、电荷量为e的粒子从容器A下方的小孔S，无初速度地飘入电势差为U的加速电场，然后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打在照相底片M上．下列说法正确的是()【导学号：69682291】图565A．粒子进入磁场时的速率v＝B．粒子在磁场中运动的时间t＝C．粒子在磁场中运动的轨道半径r＝D．若容器A中的粒子有初速度，则粒子仍将打在照相底片上的同一位置C[在加速电场中由动能定理得eU＝mv2，所以粒子进入磁场时的速度v＝，A错误；由evB＝m得粒子的半径r＝＝，C正确；粒子在磁场中运动了半个周期t＝＝，B错误；若容器A中的粒子有初速度，则粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径发生变化，不能打在底片上的同一位置，D错误．][合作探究·攻重难]回旋加速器的理解和应用1．回旋加速器的主要特征(1)带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，与带电粒子的速度无关．(2)将带电粒子在两盒狭缝之间的运动首尾连起来是一个初速度为零的匀加速直线运动．(3)带电粒子每加速一次，回旋半径就增大一次，第一次qU＝mv，第二次2qU＝mv，第三次3qU＝mv，…，v1∶v2∶v3＝1∶∶∶….因r＝，所以各半径之比为1∶∶∶….2．最大动能(1)由r＝得，当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，若D形盒半径为R，则带电粒子的最终动能为Ekm＝.(2)要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R.3．粒子被加速次数的计算粒子在回...