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1、第六节 洛伦兹力与现代技术【自主学习】一、 学习目标1. 知道速度选择器、质谱仪、回旋加速器的工作原理2. 过程与方法 数学方法在物理中的应用、物理原理解决实际问题3. 情感、态度与价值观 具备严密的科学推理的作风。二、 重点难点 速度选择题、质谱仪、回旋加速器的工作原理三、自主学习速度选择器、质谱仪和回旋加速器1.速度选择器 若qv0BEq，即v0，粒子做匀速直线运动2质谱仪(1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式qUmv2.粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式qvB由
2、两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷r，m，3回旋加速器(1)构造：如图923所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源D形盒处于匀强磁场中(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速由qvB，得Ekm，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度和D形盒半径决定，与加速电压无关【课堂检测】1.如图所示，在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下，磁场方向垂直于纸面向里一带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板若不计重力，下列四个物理量中哪一个改变时，
3、粒子运动轨迹不会改变()A粒子速度的大小 B粒子所带的电荷量C电场强度 D磁感应强度2.如图所示，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()A粒子进入磁场时的速率v B粒子在磁场中运动的时间tC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3回旋加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是()A离子从电场中获得能量B离子从磁场中获得能量C只增大空隙距离可增加离子从回旋加速器中获得的动能D只增大D形盒的
4、半径可增加离子从回旋加速器中获得的动能课 堂训练案【当堂训练】1如图所示，在两个水平放置的平行金属板之间，电场和磁场的方向相互垂直一束带电粒子(不计重力)沿着直线穿过两板间的空间而不发生偏转则这些粒子一定具有相同的 ()A质量m B电荷量qC运动速度v D比荷2质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器，如图9225所示它的工作原理是带电粒子(不计重力)经同一电场加速后，垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子质量图中虚线为某粒子运动轨迹，由图可知 ()A此粒子带负电B下极板S2比上极板S1电势低C若只增大加速电压U，则半径r变大D若只增大入射粒子的质量，则半径r变小3
5、如图甲所示是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是()A在Ekt图中应有t4t3t3t2t2t1B高频电源的变化周期应该等于tntn1C粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大D要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的半径课后拓展案【巩固拓展】1如图所示是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连现分别加速氘核(H)和氦核(He)下列说法中正确的
6、()A它们的最大速度相同B它们的最大动能相同C它们在D形盒内运动的周期相同D仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能2(质谱仪模型) 1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是()A该束带电粒子带负电B速度选择器的P1极板带正电C在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大D在B2磁场中运动半径越大的粒子，荷质比越小3(回旋加速器模型)如图所示为一种获得高能粒子的装置，环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调节的均匀磁场，质量为m，电荷量为q的粒子在环中做半径为R的圆周运动，A、B为两块中心开有小孔的极板，原来电势都为零，每当粒子顺时针飞经A板时，A板电势升高为U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间电场中得到加速，每当粒子离开B板时，A板电势又降为零，粒子在电场一次次加速下动能不断增大，而绕行半径不变 ()A粒子从A板小孔处由静止开始在电场作用下加速，绕行n圈后回到A板时获得的总动能为2nqUB在粒子绕行的整个过程中，A板电势可以始终保持为UC在粒子绕行的整个过程中，每一圈的周期不变D为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动，磁场必须周期性递增，则粒子绕行第n圈时的磁感应强度为 5