3.6 洛伦兹力与现代技术 学案-2022-2023学年高二上学期物理粤教版选修3-1

第6节 洛伦兹力与现代技术 【学习目标】 1：进一步掌握带电粒子在复合场中的运动的基本规律和方法； 2：理解速度选择器、质谱仪、回旋加速器、磁流体发电机、霍尔元件的工作原理和规律 【课堂学习】 【复习巩固】 1：带电粒子运动方向与磁场平行时，粒子的运动轨迹为 ； 2：当带电粒子的速度方向与磁场垂直时，仅在 作用下带电粒子在磁场中做 运动． 3：质量为m，电荷量为q的带电粒子在匀强磁场中匀速圆周运动时： 轨道半径r= ，周期T= 4：处理带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，必须具备的五个技能“一画、三确定、一注意”。 一画： ； 三确定： ； 一注意： 。 【练习】　如图所示，在xOy平面内，y≥0的区域有垂直于xOy平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，一质量为m、带电量大小为q的粒子从原点O沿与x轴正方向成60°角方向以v0射入，粒子的重力不计，求带电粒子在磁场中运动的时间和带电粒子离开磁场时的位置． 【新课教学】 洛伦兹力与现代技术 一：速度选择器 轨迹：带电粒子做 运动； 规律： 粒子v= 才能从速度选择器中沿直线穿出。 【练习】在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直．一带电粒子（重力不计） 从左端以速度v沿虚线射入后做直线运动，则该粒子（ ） A．一定带正电 B．速度 C．若速度 ，粒子在板间的运动是类平抛运动 D．若此粒子从右端沿虚线方向进入平行板，仍做直线运动 【小结】速度选择器跟电荷的 和 无关，跟 和 的大小和方向有个。 二：质谱仪 1：机构如图，有三部分组成：① ② ③ ； 2：S1和S2之间存在着 场，作用是 ； P1和P2间存在着相互正交的 和 ，只有当粒子的速度满足 的带电粒子才能做匀速直线运动通过S0上的狭缝；即P1和P2就是一个 。 S0下方空间只存在 ，带电粒子在该区域做 运动，运动半径为r= ，消去v就可以得到带电粒子的荷质比为 。 3：用途：从相片底片上可以测出圆周运动的半径r，如果知道带电粒子的电荷量q，就可以算出它的质量，所以质谱仪可以准确测出各种同位素的原子量。 4.对质谱仪的理解 (1)速度选择器只选择粒子的速度(大小和方向)而不选择粒子的质量、电荷量和电性． (2)从S1与S2之间得以加速的粒子的电性是固定的，因此进入偏转磁场空间的粒子的电性也是固定的． (3)打在底片上同一位置的粒子，只能判断其是相同的，不能确定其质量或电量一定相同． 【例题1】如图，从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动，自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直．已知甲种离子射入磁场的速度大小为v1，并在磁场边界的N点射出；乙种离子在MN的中点射出；MN长为l.不计重力影响和离子间的相互作用．求： (1)磁场的磁感应强度大小； (2)甲、乙两种离子的比荷之比． 三：回旋加速器 1：结构如图，核心部件是两个 ，其空间留有缝隙，并加以 场，带电粒子处于中心O附近， 垂直穿过D形盒表面，由于盒内无电场，离子将在盒内空间做 运动，只有经过两盒缝隙时才受电场力作用而被 ，随着速度的增加，离子做匀速圆周运动的半径也将 ，当离子做匀速圆周运动的半径r等于D形盒半径R时，离子就会飞出D形盒。 2：设离子从回旋加速器中穿出的速度为V，则V为多大？ 由此可见，离子在回旋加速器中能获得的最终速度由 决定。 3：要想离子每次经过电场时被加速，则电场应该是 产生的电场；