1.4 洛伦兹力的应用 预习案 高二物理教科版（2019）选择性必修第二册

1.4 洛伦兹力的应用 预习案 高二物理教科版（2019）选择性必修第二册 1.知道质谱仪、回旋加速器的基本构造、原理和基本用途。 2.通过情境设置，培养学生分析、解决利用磁场控制带电粒子运动相关问题的能力。 重点、难点 质谱仪的构造和工作原理；回旋加速器的构造和工作原理；粒子的回旋周期与加速电场的变化周期之间的关系 一、质谱仪 （1）用途：测量带电粒子的① 和分析② 的重要工具。 （2）运动过程： ①带电粒子经过电压为U的加速电场加速，则有③ =。 ②带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做匀速圆周运动，则有，可得 r=④ 。 （3）分析：如图所示，根据带电粒子在磁场中做圆周运动的⑤ 大小，就可以判断带电粒子的荷质比的大小，如果测出半径且已知电荷量，就可求出带电粒子的⑥ 。 二、回旋加速器 （1）构造：如图所示。 （2）工作原理： ①电场的特点及作用： 特点：两个D形盒之间的窄缝区域存在⑦ 的电场。 作用：带电粒子经过该区域时被⑧ 。 ②磁场的特点及作用： 特点：D形盒处于与盒面垂直的⑨ 磁场中。 作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做⑩ 运动，从而改变 ， 周期后再次进入电场。 判断正误 （1）带电粒子在磁场中偏转时，速度的方向改变而速度的大小不变。 （ ） （2）回旋加速器两狭缝可以接直流电源。 （ ） （3）因不同原子的质量不同，所以同位素在质谱仪中的轨道半径不同。 （ ） （4）速度选择器既可以选择粒子的速度，也可以选择粒子的电性。 （ ） （5）应用质谱仪可以测定带电粒子的荷质比。 （ ） （6）利用回旋加速器加速带电粒子，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R （ ） 答案： ①质量 ②同位素 ③qU ④ ⑤半径 ⑥质量 ⑦周期性变化 ⑧加速 ⑨匀强 ⑩匀速圆周 运动方向 半个 判断正误：（1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）√ 1.质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。如图所示为质谱仪的原理示意图，现利用质谱仪对氢元素进行测量。让氢元素三种同位素的离子流从容器A下方的小孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场。加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中。氢的三种同位素最后打在照相底片D上，形成三条“质谱线”。则下列判断正确的是( ) A.进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氚、氘、氕 B.进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚 C.在磁场中运动时间由大到小排列的顺序是氕、氘、氚 D.三条“质谱线”依次排列的顺序是氚、氘、氕 2.（多选）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时的动能，则下列说法中正确的是( ) A.增大匀强电场间的加速电压 B.增大磁场的磁感应强度 C.减小狭缝间的距离 D.增大D形金属盒的半径 3.如图所示，速度选择器中匀强电场的电场强度为E，匀强磁场的磁感应强度为，挡板右侧质谱仪中匀强磁场的磁感应强度为。速度相同的一束粒子（不计重力），由左侧沿垂直于E和的方向射入速度选择器后，又进入质谱仪，其运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是( ) A.该束带电粒子带负电 B.能通过狭缝的带电粒子的速率等于 C.粒子打在胶片上的位置越远离狭缝，粒子的比荷越小 D.能通过狭缝的带电粒子进入质谱仪后运动半径都相同 4.如图所示，回旋加速器D形盒的半径为 R，所加磁场的磁感应强度为 B，被加速的质子（ ）从D形盒中央由静止出发，经交变电场加速后进入磁场。若忽略质子在电场中的加速时间，下列说法正确的是( ) A.如果只增大交变电压 U，质子在加速器中运行时间将变短 B.如果只增大交变电压 ... ...