陕西省安康市石泉县江南高级中学高中物理选修3-1：5.6洛仑兹力与现代技术教案+课件 (3份打包)

第六节 洛仑兹力与现代技术 目标： 1、理解并应用带电粒子在磁场中的圆周运动 2、理解质谱仪、回旋加速器的原理 * 一、带电粒子在磁场中的运动 1、洛仑兹力的作用 a、洛仑兹力永远对电荷_______功. b、洛仑兹力只改变电荷运动速度的方向 而不会改变电荷运动的速度大小 2、带电粒子在磁场中的圆周运动 b、动力学方程 a、向心力的来源 f 3 . 半径和周期公式 7.unknown 一、速度选择器 二、质谱仪原理分析 1、质谱仪:是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具 2、工作原理将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一 电场加速再垂直进入同一匀强磁场，由于粒子质量不同，引起轨迹半径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素的种类 质谱仪的两种装置 1.带电粒子质量m,电荷量q,由电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场,设轨道半径 为r,则有： 可得 均可测定荷质比 N U O M B * 版权所有—庞留根2007.10.01， 2、质谱仪 1、S1、S2为加速电场， 2、P1、P2之间则为速度选择器。 V qvB=qE, + f F电 F电 f ⑵带电粒子质量m,电荷量q,以速度v穿过速度选择器(电场强度E，磁感应强度B1),垂直进入磁感应强度为B2的匀强磁场.设轨道半径为r,则有： qE=qvB1 M B2 E B1 N 质谱仪图片 _ 70 72 73 74 76 锗的质谱 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . + - 速度选择器 照相底片 质谱仪的示意图 + 例1、有三束粒子，分别是质子、氚核和（ ）粒子，如果它们以相同的速度沿垂直与磁场方向射入匀强磁场中，如图所示，则正确表示这三束粒子运动轨迹的是     B B B B 30.unknown 30.unknown 30.unknown 30.unknown 31.unknown 2、 一束几种不同的正离子, 垂直射入有正交的匀强磁场和匀强电场区域里, 离子束保持原运动方向未发生偏转. 接着进入另一匀强磁场, 发现这些离子分成几束如图. 对这些离子, 可得出结论 （ ） A. 它们的动能一定各不相同 B. 它们的电量一定各不相同 C. 它们的质量一定各不相同 D. 它们的荷质比一定各不相同 答案:D 3．如图所示，一带电粒子由静止开始经电压U加速后，从O孔进入垂直纸面向里的匀强磁场中，并打在了P点。测得OP=L，磁场的磁感应强度为B，则带电粒子的比荷q/m= 。（不计重力） P B U O 带电粒子通过普通加速器能获得的能量EK一般只能达到几十万到几百万电子伏(ev). 演 示 获得的能量: 三.普通加速器 + U + 不论哪种加速器都是靠电压产生的电场来对带电粒子加速. 演 示 A 0 Um —Um U/v T 2T U~ 1 2 3 4 靶 + + 四.直线加速器 直线加速器有多个加速电场,从而能使带电粒子获得更大的能量. 思考: 带电粒子穿越第n个圆筒时的动能为多大? 五 回旋加速器 视频 周期与半径无关 回旋加速器原理图 N S B O ~ N 回旋加速器 回旋加速器原理 回旋加速器 1、作用：产生高速运动的粒子 2、原理 用磁场控制轨道、用电场进行加速 ~ + - + - 回旋加速器 交变 回旋加速器 交变电压的周期TE = 粒子在磁场中运动的周期TB 解： 当粒子从D形盒出口飞出时， 粒子的运动半径=D形盒的半径 回旋加速器 D v=？ U B 回旋加速器 D v=？ U B 问题6 粒子每旋转一周增加能量2qU,提高到EKm的旋转次数为： 在磁场中运动的时间： 若忽略带电粒子在电场中运动时间，t磁可视为总时间。 问题6：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大， EK 就可以无限制增大呢? 回旋加速器 粒子获得最大速度 粒子获得最大动能 与加速电压无关！ 4、回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心的部分是分 别与高频交流电极相连的两个D形金属盒。两盒间的狭缝中形 成的周期性变化的电场，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 大带电粒子射出的动能，则下列说法中正确的是（ ） 例与练 A.增大匀强电场间的加速电压 B.增大磁场的磁感应强度B C.减少狭缝间的距离 D.增大D形金属盒的半径 BD 我