山东省德州市乐陵一中高中物理 3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动学案(二）新人教版选修3-1VIP免费

山东省德州市乐陵一中高中物理3.6带电粒子在匀强磁场中的运动学案(二）新人教版选修3-1学习目标：了解质谱仪的构造和工作原理了解回旋加速器的工作原理学习重点：质谱仪的构造和工作原理回旋加速器的工作原理学习难点：回旋加速器的工作原理自主学习：一．复习回顾1.若带电粒子的速度方向与磁场方向平行（相同或相反），且仅受洛伦兹力作用，则带电粒子受到的洛伦兹力怎样？带电粒子将做什么运动？2.若带电粒子以垂直于磁场方向射入匀强磁场，且仅受洛伦兹力作用，则带电粒子做什么运动？二．质谱仪1．质谱仪是测量带电粒子的和分析同位素的重要工具。2．质谱仪工作原理一个质量为m，电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U1的加速电场，然后经过S1沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。（1）求粒子进入磁场时的速率。（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。从上述分析结果可见，具有不同比荷的带电粒子在通过质谱仪后，因具有不同的轨道半径，将打在照相底片不同的位置上而得以被分开。课堂练习（一）质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强1磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断()A．离子束是同位素，则x越大，离子质量越大B．若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小C．只要x相同，则离子质量一定相同D．只要x相同，则离子的荷质比一定相同三．回旋加速器1.构造：如图所示，D1,D2是半圆形金属盒D形盒的缝隙处接电源。D形盒处于匀强磁场中。2.原理：交流电的周期和粒子加速做圆周运动的周期，粒子在做圆周运动的过程中一次次的经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次次的反向，粒子就会一次次的加速。由qvB=得Ekm=，可见粒子获得的最大动能由和决定，与加速电压关（“有”或“无”）讨论：要提高带电粒子的最终能量，应采取什么措施？（可由上式分析）课堂练习（二）1.1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个D形盒D1,D2构成，其间留有空隙。下列说法正确的是（）A.粒子由加速器的中心附近进入加速器B.粒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2.用回旋加速器来加速质子，为了使质子获得的动能增加为原来的4倍，原则上可采用下列哪几种方法（）A.将其磁感应强度增加为原来的2倍B.将其磁感应强度增加为原来的4倍C.将D形盒的半径增大为原来的2倍D.将D形盒的半径增大为原来的2倍巩固训练1.如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场2的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S下方有强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是()A．质谱仪是分析同位素的重要工具B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C．能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小2.图是质谱仪工作原理的示意图。带电粒子a、b经电压U加速（在A点初速度为零）后，进入磁感应强度为B的匀强磁场做匀速圆周运动，最后分别打在感光板S上的x1、x2处。图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径，则（）A．a的质量一定大于b的质量B．a的电荷量一定大于b的电荷量C．a运动的时间大于b运动的时间D．a的比荷（qa/ma）大于b的比荷（qb/mb）3.如图所示，有A,B,C,D四个离子，它们带同种电荷且电量相等，它们的速率关系为va