高中物理 3.6洛伦兹力与现代技术 第1课时学案（含解析）粤教版选修3-1-粤教版高二选修3-1物理学案VIP免费

3.6洛伦兹力与现代技术第1课时[学习目标定位]1.理解带电粒子在B与v垂直时做匀速圆周运动.2.会推导带电粒子仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动的半径和周期，并用它解答有关问题.3.知道回旋加速器和质谱仪的构造和原理．一、带电粒子在磁场中的运动圆周运动的半径和周期：质量为m、电荷量为q、速率为v的带电粒子，在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为r＝，周期为T＝＝.二、质谱仪1．结构如图1所示．图12．S1和S2之间存在着加速电场，P1和P2之间的区域存在着相互正交的匀强磁场和匀强电场．只有满足v＝的带电粒子才能做匀速直线运动通过S0上的狭缝．S0下方空间只存在磁场．带电粒子在该区域做匀速圆周运动，运动半径为r＝，消去v可得带电粒子的荷质比为＝.三、回旋加速器1．回旋加速器的核心部件是两个D形盒．2．如果交变电场的周期正好与离子运动的周期相同，离子在每次经过间隙时都会被加速．随着速率的增大，离子做圆周运动的半径也将增大，当达到预期速率时被引出D形盒.一、带电粒子在磁场中的运动[问题设计]如图2所示的装置是用来演示电子在匀强磁场中运动轨迹的装置．图2(1)当不加磁场时，电子的运动轨迹如何？当加上磁场时，电子的运动轨迹如何？1(2)如果保持电子的速度不变，加大磁场的磁感应强度，圆半径如何变化？如果保持磁场的强弱不变，增大电子的速度，圆半径如何变化？答案(1)一条直线一个圆周(2)半径减小半径增大[要点提炼]沿着与磁场垂直的方向射入磁场中的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动．向心力为洛仑兹力f＝qvB，由qvB＝可知半径r＝，又T＝，所以T＝.二、质谱仪[问题设计]结合图1，总结质谱仪的构造和各部分的作用，简述质谱仪的工作原理．(1)带电粒子在P1与P2两平行板间做什么运动？若已知P1、P2间匀强电场的电场强度为E，磁感应强度为B1，则从S0穿出的粒子速度是多大？(2)如图3所示，已知S0下方磁场磁感应强度为B2，粒子打在底片上的位置距狭缝距离为L，则粒子的荷质比是多大？图3答案(1)匀速直线运动．根据qE＝qvB1，得：v＝(2)粒子做圆周运动的半径r＝，根据r＝及v＝得：＝.2三、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．对交变电压的周期有什么要求？带电粒子获得的最大动能由什么决定？答案交变电压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．回旋加速器中交流电源的周期等于带电粒子在磁场中运动的周期．2．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．四、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题的分析[要点提炼]1．圆心的确定方法：两线定一点(1)圆心一定在垂直于速度的直线上．如图4甲所示，已知入射点P和出射点M的速度方向，可通过入射点和出射点作速度的垂线，两条直线的交点就是圆心．图4(2)圆心一定在弦的中垂线上．如图乙所示，作P、M连线的中垂线，与其中一个速度的垂线的交点为圆心．2．半径的确定半径的计算一般利用几何知识解直角三角形．做题时一定要做好辅助线，由圆的半径和其他几何边构成直角三角形．3．粒子在磁场中运动时间的确定(1)粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为α时，其运动时间t＝T(或t＝T)．(2)当v一定时，粒子在磁场中运动的时间t＝，l为带电粒子通过的弧长．一、带电粒子在磁场中运动的基本问题例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3之比r1∶r2＝________，周期之比T1∶T2＝________.解析带电粒子射入...