2019-2020学年物理高中粤教版选修3-1课件:第3章 第6节 洛伦兹力与现代技术
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
答案:AC
解析:由题意知,BⅠ=kBⅡ,由 r=������������������������知,选项 A 正确;由 a=������������������������知,aⅡ
=1������aⅠ,故选项
B
错误;由
T=2����������������
得
������Ⅱ ������Ⅰ
=
������������Ⅰ Ⅱ=k,即
2,D 项正确.
一二三
自主预习 合作探究
知识精要 思考探究 典题例解
触类旁通
迁移应用
二、质谱仪 1.质谱仪主要用于分析同位素,测定其质量、比荷. 2.粒子通过加速电场有 qU=12mv2. 3.能够经过速度选择器的粒子速度应满足 v=������������. 4.粒子在磁场中的运动轨迹是半圆.
一二三
场中做匀速圆周运动的半径都相同,所以m∝B2,离子所需偏转磁场
的磁感应强度是质子所需偏转磁场的磁感应强度的12倍,则离子质
量是质子质量的144倍,选项D正确.
自主预习 合作探究 触类旁通
一二三
知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用
三、回旋加速器
回旋加速器的核心部分是两个D形的金属扁盒,两盒之间留有一
自主预习 合作探究 触类旁通
2.如图所示,回旋加速器的核心部件是两个D形盒.
3.粒子每经过一次加速,其轨道半径就增加一次. 4.由 qvB=������������������2和 Ek=12mv2 得 Ek=������22���������2���������2,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.
所对应的圆心角为α时,其运动时间t,可由
������������
t= ������
求解.
一二三
自主预习 合作探究
知识精要 典题例解 迁移应用
触类旁通
【例1】 两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平 行.一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子(不计重力),从较 强磁场区域进入到较弱磁场区域后,粒子的( )
TⅡ=kTⅠ,故选项
C
正确;由 ω=2���π��� = ������������������知,ωⅡ=1������ωⅠ,故选项 D 错误.
自主预习 合作探究 触类旁通
一二三
知识精要 典题例解 迁移应用
2.如图所示,MN为铝质薄平板,铝板上方和下方分别有垂直于图 平面的匀强磁场(未画出).一带电粒子从紧贴铝板上表面的P点垂 直于铝板向上射出,从Q点穿越铝板后到达PQ的中点O.已知粒子穿 越铝板时,其动能损失一半,速度方向和电荷量不变,不计重力.铝板 上方和下方的磁感应强度大小之比为( )
r=
������������ ������������
由 T=2π������������得 T=2���π���������������.
一二三
自主预习 合作探究
知识精要 典题例解 迁移应用
触类旁通
3.带电粒子做圆周运动的半径与磁感应强度B、粒子质量m、电 荷量q及运动速率有关.
4.带电粒子做圆周运动的周期只与磁感应强度B、粒子质量m、 电荷量q的大小有关,与粒子的半径及运动速率无关.
������ 2������������
粒子在磁场 B2 中的轨道半径 r=12L
由
r=���������������������2��� ,得
2
B2=������
2������������ ������.
答案:(1)
2������������ ������
(2)E
������ 2������������
一二三
自主预习 合作探究
知识精要 典题例解 迁移应用
触类旁通
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
1.当v平行于B时:f=0,粒子做匀速直线运动.
2.当v垂直于B时:洛伦兹力f起向心力的作用,粒子将做匀速圆周
运动(如图所示).
粒子运动的轨道半径r和周期T:
由 f=F 向得 Bqv=������������������2 得粒子运动的轨道半径
重点难点
式和周期公式,并能用来解决有关问题. 难点:带电粒子在匀强磁场中的运动在现代技术中应
用.
目标导航 预习导引 一 二 三
自主预习 合作探究 触类旁通
一、带电粒子在磁场中的运动
1.电子的质量很小,我们往往忽略重力对电子的影响,当电子所处 的空间无电场和磁场时,电子做直线运动,当电子运动速度方向与 磁场垂直时,电子做匀速圆周运动.
A.2 答案:D
B. 2
C.1
D.
2 2
解析:设铝板上方和下方的磁感应强度为 B1 和 B2,由题意可知,
粒子在铝板上方与下方的运动半径和动能之比分别为 r1∶r2=2∶
1,Ek1∶Ek2=2∶1,又 r=������������������������,Ek=12mv2,可得 B= 2������������������������k,故 B1∶B2= 2∶
自主预习 合作探究
知识精要 思考探究 典题例解
触类旁通
迁移应用
什么是同位素? 答案:同位素是原子序数相同、原子质量不同的原子.由于同位 素的化学性质相同,不能用化学方法加以区分.
自主预习 合作探究 触类旁通
一二三
知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用
【例2】下图为质谱仪原理示意图,电荷量为q、质量为m的带正 电的粒子从静止开始经过电压为U的加速电场后进入粒子速度选 择器.选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,匀强电场的 电场强度为E、方向水平向右.已知带电粒子能够沿直线穿过速度 选择器,从G点垂直MN进入偏转磁场,该偏转磁场是一个以直线MN 为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场.带电粒子经偏转磁场后, 最终到达照相底片的H点.可测量出G、H间的距离为L,带电粒子的 重力可忽略不计.求:
一二三
自主预习 合作探究
知识精要 思考探究 典题例解
触类旁通
迁移应用
(1)粒子从加速电场射出时速度v的大小. (2)粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向. (3)偏转磁场的磁感应强度B2的大小. 思路分析:解答本题应把握以下三点: (1)用动能定理求粒子速度v. (2)速度选择器中粒子受力平衡. (3)用半径公式求B2的大小.
答案:D
一二三
自主预习 合作探究
知识精要 典题例解 迁移应用
触类旁通
自主预习 合作探究 触类旁通
一二三
知识精要 典题例解 迁移应用
1.(多选)有两个匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ,Ⅰ中的磁感应强度是Ⅱ中 的k倍.两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动.与Ⅰ中 运动的电子相比,Ⅱ中的电子( )
A.运动轨迹的半径是Ⅰ中的k倍 B.加速度的大小是Ⅰ中的k倍 C.做圆周运动的周期是Ⅰ中的k倍 D.做圆周运动的角速度与Ⅰ中的相等
目标导航 预习导引 一 二 三
自主预习 合作探究 触类旁通
回旋加速器两端所加的交流电压的周期由什么决定?
答案:为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速,使之能量不
断提高,交流电压的周期必须等于带电粒子在回旋加速器中做匀速 圆周运动的周期即 T=2���π��������������� .因此,交流电压的周期由带电粒子的质 量m、带电荷量q和加速器中的磁场的磁感应强度B来决定.
带电粒子的最大动能只与D形盒的半径R和磁感应强度B有关,与
加速电压无关.
一二三
自主预习 合作探究
知识精要 思考探究 典题例解
触类旁通
迁移应用
在现代科学研究中,常常需要探究物质的微观结构,要用能量很 高的带电粒子去轰击各种原子核,必须用各种各样的加速器产生出 速度很大的高能粒子.位于法国和瑞士边界的欧洲核子研究所的粒 子加速器周长达27 km(如图中大圆),为什么加速器需要那么大的 周长呢?
2.当带电粒子在磁场中仅受洛伦兹力作用时,由于洛伦兹力始终 与运动方向垂直,故带电粒子做匀速圆周运动.已知电荷量为q的带 电粒子,以速度大小为v垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强 磁场中,其运动轨道半径为 R=������������������������;周期为 T=2���π���������������.
目标导航 预习导引 一 二 三
二、质谱仪 1.原理如图所示.
自主预习 合作探究 触类旁通
2.带电粒子进入质谱仪的加速电场,由动能定理: qU=12mv2.
3.带电粒子进入质谱仪的偏转磁场,洛伦兹力提供向心力: qvB=������������������2.
目标导航 预习导引 一 二 三
三、回旋加速器 1.原理如图所示.
A.11 B.12 C.121D
知识精要 思考探究 典题例解
触类旁通
迁移应用
答案:D
解析:离子经电场加速 Uq=12mv2,离子在电场中偏转时,由 qvB=������������������2
可知
m=������
2 ������2 2������
������
;由于离子和质子的加速电压、电荷量和在磁
一二三
自主预习 合作探究
知识精要 思考探究 典题例解
触类旁通
迁移应用
解析:在加速电场中,由 qU=12mv2 可解得 v= 2������������������. 粒子在速度选择器中受到向右的电场力 qE, 应与洛伦兹力 qvB1 平衡, 故磁场 B1 的方向应该垂直于纸面向外,
由 qE=qvB1 得 B1=������������=E
答案:由 r=������������������������可知,v 与 r 成正比.
自主预习 合作探究 触类旁通
一二三
知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用
【例3】 使用回旋加速器的实验需要把离子束从加速器中引出, 离子束引出的方法有磁屏蔽通道法和静电偏转法等.质量为m、速 度为v的离子在回旋加速器内旋转,旋转轨道是半径为r的圆,圆心在 O点,轨道在垂直纸面向外的匀强磁场中,磁感应强度为B.为引出离 子束,使用磁屏蔽通道法设计引出器.引出器原理如图所示,一对圆 弧形金属板组成弧形引出通道,通道的圆心位于O'点(O'点图中未 画出).引出离子时,令引出通道内磁场的磁感应强度降低,从而使离 子从P点进入通道,沿通道中心线从Q点射出.已知OQ长度为L,OQ 与OP的夹角为θ.
5.带电粒子做匀速圆周运动的圆心、半径及运动时间的确定. (1)圆周运动轨道半径的确定 几何轨道半径的求解:作入射点、出射点对应的半径,作出相应 三角形,根据边角关系或边边关系,求解出半径的大小. (2)圆周运动的轨道圆心确定的基本思路 ①圆心一定在与速度方向垂直的直线上.(如图甲) ②圆心一定在入射点与出射点的中垂线上.(如图乙)
一二三
自主预习 合作探究
知识精要 典题例解 迁移应用
触类旁通
甲
乙
(3)带电粒子运动时间的确定
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,其运动时间可由下式表示: t=36���0���°T(或 t=2���π��� T).
(4)粒子在磁场中运动的速度为v,轨道半径为r,粒子运动的圆弧
个窄缝,在中心附近有粒子源,D形盒处在真空容器中,整个装置放
在巨大电磁铁产生的匀强磁场中,并把两个D形盒分别接在高频电
源两极上.
其工作原理:
1.电场加速 qU=ΔEk.
2.磁场约束偏转
������������2
qvB= ������ .
3.加速条件:加速电场的周期必须等于回旋周期.
4.带电粒子的最终能量:粒子做匀速圆周运动的最大半径等于D 形盒的半径.所以 Ekm=12mv2=12m(������������������������)2=������22���������2���������2.
自主预习 合作探究 触类旁通
第六节 洛伦兹力与现代技术
目标导航 预习导引
自主预习 合作探究 触类旁通
1.能理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度垂直时,
学习目标
粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动. 2.会推导半径、周期公式并会应用解决相关问题.
3.能记住质谱仪、回旋加速器的原理.
重点:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公
方向垂直纸面向外
(3)2������
2������������ ������
一二三
自主预习 合作探究
知识精要 思考探究 典题例解
触类旁通
迁移应用
一二三
自主预习 合作探究
知识精要 思考探究 典题例解
触类旁通
迁移应用
现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子,其示意图如图所 示,其中加速电压恒定.质子在入口处从静止开始被加速电场加速, 经匀强磁场偏转后从出口离开磁场.若某种一价正离子在入口处从 静止开始被同一加速电场加速,为使它经匀强磁场偏转后仍从同一 出口离开磁场,需将磁感应强度增加到原来的12倍.此离子和质子 的质量比约为( )
A.轨道半径减小,角速度增大 B.轨道半径减小,角速度减小 C.轨道半径增大,角速度增大 D.轨道半径增大,角速度减小
解析:因洛伦兹力对运动粒子不做功,故粒子从较强磁场进入到 较弱磁场后,速度大小不变,由 r=������������������������可知粒子的轨道半径增大,再由 ω=������������可知,粒子的角速度减小,选项 D 正确.