2018-2019版学案导学高中物理选修3-1教科版配套文档：第三章 磁场5 Word版含答案

5洛伦兹力的应用
[学习目标] 1.知道利用磁场控制带电粒子的偏转.2.掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律和分析方法.3.理解质谱仪、回旋加速器的工作原理，并会进行有关计算．
一、利用磁场控制带电粒子运动
1.偏转角度：如图1所示，tan θ
2＝
r
R，R＝
m v0
Bq，则tan
θ
2＝
qBr
m v0，由此可见，对于一定的带电
粒子(m、q一定)，可以通过调节B和v0的大小来控制粒子的偏转角度θ.
图1
2．控制特点：只改变带电粒子的运动方向，不改变带电粒子的速度大小．
二、质谱仪
1．作用：常用来测定带电粒子的比荷和分析同位素等．
2．原理图及特点
如图2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2
3．工作原理
(1)速度选择：在P1、P2之间通过调节E和B1的大小，使速度v＝E
B1的粒子进入B2区．
(2)偏转：R＝m v
qB2⇒q
m＝
v
B2R＝
2E
B1B2L(L为条纹到狭缝S3的距离)．
三、回旋加速器
1．构造图：如图3所示，回旋加速器的核心部件是两个D 形盒．
图3
2．周期：粒子每经过一次加速，其轨道半径就大一些，粒子做圆周运动的周期不变．
3．最大动能：由q v B ＝m v 2r 和E k ＝12m v 2得E k ＝q 2B 2r 22m ，当r ＝R 时，有最大动能E km ＝q 2B 2R 22m
(R 为D 形盒的半径)，即粒子在回旋加速器中获得的最大动能与q 、m 、B 、R 有关，与加速电压无关．
[即学即用]
1．判断下列说法的正误．
(1)粒子以速度v 0沿半径方向进入圆形磁场区域，离开磁场时，其速度的反向延长线过磁场圆的圆心．( √ )
(2)增大粒子的速度v 0，可以使粒子离开磁场时的偏转角度θ变大．( × )
(3)同位素的不同原子经过速度选择器后的速度相同．( √ )
(4)因不同原子的质量不同，所以同位素在质谱仪中的运动半径不同．( √ )
(5)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 .( √ )
2.如图4所示，有界匀强磁场边界线SP ∥MN ，速率不同的同种带电粒子(不计重力)从S 点沿SP 方向同时射入磁场．其中穿过a 点的粒子速度v 1与MN 垂直；穿过b 点的粒子速度v 2与MN 成60°角，设粒子从S 到a 、b 所需时间分别为t 1和t 2，则t 1∶t 2＝______________
图4
答案 3∶2。