第一章　第四节　洛伦兹力与现代技术 学案

第四节　洛伦兹力与现代技术 [学习目标]　1．通过实验，了解垂直射入匀强磁场的带电粒子在磁场中做匀速圆周运动．2．会应用公式f＝qvB推导带电粒子做匀速圆周运动的半径、周期公式．3．知道回旋加速器、质谱仪的基本构造、原理及用途；体会逻辑推理思维方法． 知识点一　带电粒子在磁场中的运动 1．实验探究 (1)如图所示，此装置是洛伦兹力演示仪，它是一个特制的电子射线管，管内下方的电子枪射出的_____，可以使管内的_____发出辉光，从而显示出电子的径迹． (2)实验现象 ①当没有磁场作用时，电子的运动轨迹是_____． ②当电子垂直射入磁场时，电子的运动轨迹是_____． ③结论：增大电子的速度时圆周半径_____，增强磁场的磁感应强度时，圆周半径_____． 2．带电粒子在匀强磁场中的运动 (1)运动条件：不计重力的带电粒子沿着与磁场_____的方向进入匀强磁场． (2)洛伦兹力作用：提供带电粒子做圆周运动的_____，即qvB＝_____． (3)基本公式． ①半径：r＝_____； ②周期：T＝_____． 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与轨道_____和_____无关． 3．洛伦兹力的作用效果 洛伦兹力只改变带电粒子速度的_____，不改变带电粒子速度的_____，或者说洛伦兹力对带电粒子不做功，不改变粒子的能量． 知识点二　回旋加速器 1．主要构造：两个_____，两个大型电磁铁． 2．原理图 3．工作原理 磁场的作用：带电粒子_____磁场方向射入磁场时，受到磁场的洛伦兹力作用而做_____运动． 交变电压的作用：在两D形盒狭缝间产生的_____的电压使带电粒子每经过一次狭缝加速一次． 交变电压的周期(或频率)：与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期(或频率)_____． 4．最大动能：由qvB＝m和Ek＝mv2得Ek＝_____(R为D形盒的半径，即粒子在回旋加速器中获得的最大动能与q、m、B、R有关，与加速电压无关)． 5．用途：加速器是使带电粒子获得高能量的装置，是科学家探究物质奥秘的有力工具． 知识点三　质谱仪 1．原理图 2．加速：带电离子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得 _____＝mv2． ① 3．偏转：离子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力 _____＝． ② 由①②两式可以求出离子的运动半径r＝、质量m＝_____、比荷＝_____等． 4．质谱仪的应用：可以测量带电粒子的_____和分析_____． 1．思考判断(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径，与粒子的质量和速度无关． (　　) (2)回旋加速器中起加速作用的是磁场． (　　) (3)回旋加速器中起加速作用的是电场，所以加速电压越大，带电粒子获得的最大动能越大． (　　) (4)质谱仪可以分析同位素． (　　) (5)离子进入质谱仪的偏转磁场后洛伦兹力提供向心力． (　　) 2．粒子甲的质量与电荷量分别是粒子乙的4倍与2倍，两粒子均带正电荷．让它们在匀强磁场中同一点以大小相等、方向相反的速度开始运动．已知磁场方向垂直于纸面向里．下列四个图中能正确表示两粒子运动轨迹的是 (　　) A　　　　　　B C　　　　　　D 3．(多选)质谱仪的构造原理如图所示，从粒子源S出来时的粒子速度很小，可以看作初速度为零，粒子经过电场加速后进入有界的垂直纸面向里的匀强磁场区域，并沿着半圆周运动而达到照相底片上的P点，测得P点到入口的距离为x，则下列说法正确的是(　　) A．粒子一定带正电 B．粒子一定带负电 C．x越大，则粒子的质量与电量之比一定越大 D．x越大，则粒子的质量与电量之比一定越小 如图所示的装置叫作洛伦兹力演示仪．玻璃泡内的电子枪(即阴极)发射出阴极射线，使泡内的低压稀薄气体发出辉光，这样就可显示出电子的轨迹． (1)电子垂直射入磁场时，电子为什么会做圆周运动？向心力由谁提供？ (2)带电粒子在磁场中运动在现代科技中有 ... ...