第6章　第3节　洛伦兹力的应用 学案 Word版含解析

第3节　洛伦兹力的应用 [学习目标]　1．理解洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，对带电粒子不做功。(物理观念)2．知道垂直射入匀强磁场的带电粒子将做匀速圆周运动。(物理观念)3．会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并会应用它们解决问题。(科学思维)4．知道质谱仪、回旋加速器的基本构造和原理，知道其在生产、生活中的应用。(科学态度与责任) 一、带电粒子在磁场中的运动 1．用洛伦兹力演示仪显示电子的运动轨迹 (1)当没有磁场作用时，电子的运动轨迹为直线。 (2)当电子垂直射入匀强磁场中时，电子的运动轨迹为一个圆，所需要的向心力是由洛伦兹力提供的。 (3)当电子斜射入匀强磁场中时，电子的运动轨迹是一条螺旋线。 2．带电粒子在洛伦兹力作用下的圆周运动 (1)运动性质：匀速圆周运动。 (2)向心力：由洛伦兹力提供，qvB＝。 (3)半径：r＝。 (4)周期：T＝，由周期公式可知带电粒子的运动周期与粒子的质量成正比，与电荷量和磁感应强度成反比，而与运动半径和运动速率无关。 二、回旋加速器和质谱仪 1．回旋加速器 (1)主要构造：两个半圆形中空铜盒，两个大型电磁铁。 (2)工作原理(如图所示) ①磁场作用：带电粒子垂直磁场方向射入磁场时，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期与半径和速率无关。 ②交变电压的作用：在两D形盒狭缝间产生周期性变化的电场，使带电粒子每经过一次狭缝加速一次。 ③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)相同。 2．质谱仪 (1)功能：分析各化学元素的同位素并测量其质量、含量。 (2)工作原理(如图所示) 带电粒子在电场中加速：Uq＝mv2① 带电粒子在磁场中偏转距离为：x＝2r② 在磁场中，轨道半径为： r＝③ 由①②③得带电粒子的比荷：＝。 由此可知，带电离子的比荷与偏转距离x的平方成反比，凡是比荷不相等的离子都被分开，并按比荷顺序的大小排列，故称之为质谱。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)带电粒子进入磁场一定做匀速圆周运动。 (×) [提示]　带电粒子平行磁场进入时，做匀速直线运动。 (2)匀强磁场中，同一带电粒子垂直磁场方向的速度越大，圆周运动半径越大。 (√) (3)匀强磁场中带电粒子垂直磁场方向的速度越大，粒子在磁场中做圆周运动的周期越小。 (×) [提示]　带电粒子在磁场中运动的周期与速度无关。 (4)回旋加速器中的交流电源U越大，则粒子的最终速度越大。 (×) [提示]　回旋加速器的最终速度取决于D形盒的半径。 (5)回旋加速器中交变电压周期等于带电粒子在磁场中的运动周期。 (√) 2．处于匀强磁场中的一个带电粒子，仅在磁场力作用下做匀速圆周运动。将该粒子的运动等效为环形电流，那么此电流值(　　) A．与粒子电荷量成正比 B．与粒子速率成正比 C．与粒子质量成正比 D．与磁感应强度成正比 D　[假设带电粒子的电荷量为q，在磁场中做圆周运动的周期为T＝，则等效电流I＝＝，故答案选D。] 3．(多选)关于回旋加速器中带电粒子所获得的能量，下列结论中正确的是(　　) A．与加速器的半径有关，半径越大，能量越大 B．与加速器的磁场有关，磁场越强，能量越大 C．与加速器的电场有关，电场越强，能量越大 D．与带电粒子的质量和电荷量均有关，质量和电荷量越大，能量越大 AB　[回旋加速器中的带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，满足qvB＝，则v＝，故带电粒子所获得的能量E＝mv2＝。由此式可知，R越大，能量越大，选项A正确；B越大，能量越大，选项B正确；E与加速器的电场无关，选项C错误；质量m变大时，E变小，选项D错误。] 　 带电粒子在匀强磁场中运动的基本问题 1．匀速直线运动：若带电粒子(不计重力)的速度方向与磁场方向平行(相同或相反)，此时带电粒子所受洛伦 ... ...