第1章 第4节 洛伦兹力与现代技术-（课件）2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册【南方凤凰台·5A新学案】粤教版

第一章　磁场 第四节　洛伦兹力与现代技术 第1页 第一章　磁场 5A新学案 物理 · 选择性必修第二册 YJ 核心 目标 1. 掌握带电粒子在匀强磁场中运动的规律． 2. 了解回旋加速器与质谱仪的基本构造、工作原理及应用. 必备知识·记忆理解 要点笔记 要点1　带电粒子在匀强磁场中的运动 1. 用洛伦兹力演示仪直观可见：不加磁场时，电子束的径迹是一条直线，加磁场后电子束的径迹是一个______(如图)． 圆 2. 半径和周期公式：质量为m、带电荷量为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，洛伦兹力提供向心力： 3. 特点： (1)带电粒子的轨迹半径跟质量和速度大小成正比；跟匀强磁场的磁感应强度和粒子所带电荷量成反比． (2)带电粒子的运动周期跟粒子的质量成正比，与电荷量和磁感应强度成反比，而跟速率v和半径r________. 无关 要点2　回旋加速器 回旋加速器是利用电场对带电粒子加速、利用磁场对带电粒子偏转来获得高能粒子的装置． 1. 工作原理： D1和D2是两个中空的半圆金属盒(称为D形盒)，置于真空中．由大型电磁铁产生的磁场垂直于金属盒，使带电粒子在D形盒内做匀速圆周运动．加于两D形盒间的周期性变化的电压，在两盒空隙间产生周期性变化的电场，总能使带电粒子通过时被加速．如此回旋，每经过半个圆周，粒子便加速一次．最后当被加速粒子趋于D形盒边缘时，通过特殊装置将其引出，即获得高能量粒子． 2. 具体分析： 设带电粒子质量为m、电荷量为q，D形盒半径为R，缝隙间电压为U. (1) 为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，在窄缝两侧加上的电压的变化周期应跟带电粒子在D形盒中运动的周期相同．即：T电场＝T回旋＝______，恰好这也是一个定值，技术上可以满足． (2) 带电粒子每经过缝隙一次，获得的动能增量ΔEk ＝qU 3．特别提醒： (1) 要提高带电粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R. (2) 能量达到25～30 MeV后就很难再加速了．由狭义相对论可知，粒子的质量随着速度的增大而增大，而质量的变化会导致其回旋的周期的变化，从而破坏了与电场变化的同步． 要点3　质谱仪 质谱仪是可以把不同的粒子分开、测量带电粒子的质量、计算比荷和分析__________的重要仪器． 同位素 1. 容器A中含有大量电荷量相同、而质量有微小差别的带电粒子，从下方小孔S1 飘出时，初速度可认为为零． 4. 由r的表达式可知，不同质量m的带电粒子将沿不同半径做圆周运动，经过半个圆周打在照相底片D上的不同位置，质量越大的带电粒子半径越大，质量越小的半径越小． 6. 对质量有微小差别的同位素，因q相同、m不同，也可区别、分离出来．在底片上形成的若干谱线状的细条，叫做质谱线． 基础内化 1. 匀强磁场垂直纸面向里，在磁场中某点同时释放两个带电粒子a和b，速度大小和方向均相同，运动轨迹如图所示．不计带电粒子的重力，下列说法中正确的是( ) A. 粒子a带正电荷，粒子b带负电荷 C. 粒子b的运动周期较小 D. 粒子b的向心加速度较小 C 2. (多选)(2022·湖北省高二上期末)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列方法可行的是( ) A. 增大磁场的磁感应强度 B. 减小狭缝间的距离 C. 增大D形金属盒的半径 D. 增大两D形金属盒间的加速电压 AC 3. 用质谱仪研究两种同位素氧­16和氧­18.如图所示，让氧­16和氧­18原子核从质谱仪小孔S1飘入电压为U的加速电场(初速度可视为零)，然后从S3垂直进入匀强磁场发生偏转，最后打在底片上的不同地方．已知氧­16和氧­18原子核带电荷量相同，质量之比约为16∶18，从底片上获得在磁场中运动轨迹的直径分别为d1、d2，则 d1∶d2应为( ) A. 8∶9 B. 9∶8 C 关键能力·分析应用 分类悟法 考向1　带电粒子在匀强磁场中的运动 1. 两种确定轨迹圆心的方法 (1) 已知粒子运动轨迹上两点的速度方向时，作这两点速度方向的垂线，交点即为圆心，如图甲所示． (2) 已知粒子轨迹上的两点和其中一点的速度方向时，画出粒子轨迹上的两点连线(即过这两点的圆的弦)，作它的中垂线，并画出已知点的速度方向的垂线，则弦的中垂线与速度方向的垂线的交点即为圆心，如图乙所示． 2. 三种求半径的方法 (2) 根据勾股定理求解．如图丙所示，若已知出射点相对于入射点侧移了x，则满足r2＝d2＋(r－x)