第一章 第四节 洛伦兹力与现代技术-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册同步全程学习课件PPT（粤教版）

第四节　洛伦兹力与现代技术 [素养目标] 1.知道回旋加速器和质谱仪的工作原理. 2.通过带电粒子在回旋加速器和质谱仪的运动分析,体会物理模型在探索自然规律中的作用. 分类研析 突破要点,提升关键 类型一　回旋加速器 1.理论基础 2.原理图 BD [例1] (多选)如图所示,回旋加速器D形盒的半径为R,用来加速质量为m、电荷量为q的质子,质子每次经过电场区时,都恰好在电压为U时被加速,且电场可视为匀强电场,使质子由静止加速到能量为E后,由A孔射出.下列说法正确的是(　 　) A.D形盒半径R、磁感应强度B不变,加速电压U越高,质子的能量E将越大 B.磁感应强度B不变,加速电压U不变,D形盒半径R越大,质子的能量E将越大 C.D形盒半径R、磁感应强度B不变,加速电压U越高,质子在加速器中的运动时间将越长 D.D形盒半径R、磁感应强度B不变,加速电压U越高,质子在加速器中的运动时间将越短 回旋加速器的问题分析 (2)电场的作用:回旋加速器的两个D形盒之间的狭缝区域存在周期性变化的且垂直于两个D形盒正对截面的匀强电场,带电粒子经过该区域时被加速. (3)交变电压的作用:为保证粒子每次经过狭缝时都被加速,使之能量不断提高,需在狭缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压. [对点训练1] (多选)如图所示为回旋加速器的示意图.两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中,一质子从加速器的A处开始加速.已知D形盒的半径为R,磁场的磁感应强度为B,高频交变电源的电压为U、频率为f,质子质量为m,电荷量为q.下列说法正确的是(　 　) BC 类型二　质谱仪 1.理论基础 由于同位素的质量数不同,所以在磁场中做圆周运动的半径不同. 2.结构图 3.原理分析 (1)加速电场. 4.应用 如果有电荷量相同而质量有微小差别的粒子通过S0上的狭缝,它们进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动,其轨迹在照相底片的不同位置形成若干谱线状的细条(质谱线).由于每一条质谱线都对应一定的质量值,人们利用质谱仪便可以测量带电粒子的质量和分析同位素. [例2] 如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: (1)粒子从加速电场射出时速度v的大小; [例2] 如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: (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; [例2] 如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: (3)偏转磁场的磁感应强度B2的大小. 应用质谱仪的两点注意 (1)质谱仪的原理中包括动能定理、受力的平衡(速度选择器)、牛顿第二定律和匀速圆周运动规律等知识. (2)分析粒子的运动过程,建立各运动阶段的模型,理清各运动阶段之间的联系,根据带电粒子在不同场区的运动规律列出对应的方程. [对点训练2] (多选)如图所示是质谱仪的工作原理示意图.三个带电粒子先后从容器A正下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场,其初速度大小都几乎为零,然后都竖直向下经过加速电场,分别从小孔S2离开,再从小孔S3沿着与磁场垂直的方向竖直向下进入水平向外的匀强磁场中,最后打到照相底片D上的不同位置.整个装置放在真空中,均不计带电粒子的重力和粒子之间的相互作用力.根据图中三个带电粒子在质谱仪中的运动轨迹,下列说法正确的是(　 　) A.带电粒子均带正电荷 B.加速电场的电场强度方向竖直向下 C.三个带电粒子的比荷一定相同 D.三个带电粒