2017年高中物理第6章磁场对电流和运动电荷的作用第4讲洛伦兹力的应用学案鲁科版3-1..doc
《2017年高中物理第6章磁场对电流和运动电荷的作用第4讲洛伦兹力的应用学案鲁科版3-1..doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2017年高中物理第6章磁场对电流和运动电荷的作用第4讲洛伦兹力的应用学案鲁科版3-1..doc(14页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第4讲洛伦兹力的应用目标定位1.知道洛伦兹力做功的特点.2.掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律和分析方法.3.知道回旋加速器、质谱仪的原理以及基本用途一、带电粒子在磁场中的运动1垂直射入匀强磁场中的运动电荷受到的洛伦兹力不仅与磁感应强度方向垂直,而且与速度方向垂直,这表明,洛伦兹力对粒子不做功,它不改变粒子的速率,只改变粒子的运动方向2当运动电荷垂直射入匀强磁场中(1)洛伦兹力提供向心力即qvB.(2)轨道半径r.(3)运动周期T.二、回旋加速器和质谱仪1回旋加速器回旋加速器的工作原理如图1所示,D1和D2是两个中空的半圆金属盒,它们之间有一定的电势差U.A处粒子源产生的带电粒子,在
2、两盒间被电场加速匀强磁场B与两个D形盒面垂直,所以粒子在磁场中做匀速圆周运动经过半个圆周后再次到达两盒间的缝隙处,控制两盒间的电势差,使其恰好改变正负,于是粒子经过盒缝时再次被加速如此反复,粒子的速度就能增加到很大图1想一想随着粒子速度的增加,缝隙处电势差的正负改变是否越来越快,以便能使粒子在缝隙处刚好被加速?答案虽然粒子每经过一次加速,其速度和轨道半径就增大,但是粒子做圆周运动的周期不变,所以电势差的改变频率保持不变就行2质谱仪(1)原理如图2所示图2(2)加速:带电粒子进入质谱仪的加速电场,由动能定理:qUmv2(3)偏转:带电粒子进入质谱仪的偏转磁场,洛伦兹力提供向心力:qvB(4)由两
3、式可以求出粒子的比荷、质量、磁感应强度等(5)应用:可以测定带电粒子的质量和分析同位素想一想质谱仪是如何区分同位素的呢?答案由上述两式可求得r,同种同位素电荷量相同,质量不同,在质谱仪荧光屏上显示的半径就不同,故能通过半径大小区分同位素.一、带电粒子在匀强磁场中的运动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兹力为零,带电粒子将以入射速度v做匀速直线运动2匀速圆周运动:若带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场,洛伦兹力提供了匀速圆周运动的向心力设粒子的速度为v,质量为m,电量为q,由于洛伦兹力提供向心力,则有qvBm,得到轨道半径r.由轨道半径
4、与周期的关系得周期T.温馨提示由公式r知,轨道半径跟运动速率成正比;由公式T知,周期跟轨道半径和运动速率均无关,而与比荷成反比例1质子和粒子由静止出发经过同一加速电场加速后,沿垂直磁感线方向进入同一匀强磁场,则它们在磁场中的各运动量间的关系正确的是()A速度之比为21B周期之比为12C半径之比为12D角速度之比为11答案B解析由qUmv2qvB,得r,而m4mH,q2qH,故rHr1,又T,故THT12.同理可求其他物理量之比二、带电粒子在有界磁场中的运动1着重把握“一找圆心,二求半径,三定时间”的方法(1)圆心的确定方法:两线定一“心”圆心一定在垂直于速度的直线上如图3甲所示已知入射点P(或
5、出射点M)的速度方向,可通过入射点和出射点作速度的垂线,两条直线的交点就是圆心.图3圆心一定在弦的中垂线上如图3乙所示,作P、M连线的中垂线,与其一速度的垂线的交点为圆心(2)“求半径”方法由公式qvBm,得半径r方法由轨迹和约束边界间的几何关系求解半径r(3)“定时间”方法粒子在磁场中运动一周的时间为T,当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为时,其运动时间可由下式表示:tT(或tT)方法t(其中s为粒子轨迹的长度,即弧长),在周期T不可知时可考虑上式2圆心角与偏向角、圆周角的关系两个重要结论:带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向之间的夹角叫做偏向角,偏向角等于圆弧轨道对应的圆心角,即,如
6、图4所示图4圆弧轨道所对圆心角等于PM弦与切线的夹角(弦切角)的2倍,即2,如图4所示例2如图5所示,一束电荷量为e的电子以垂直于磁场方向(磁感应强度为B)并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的磁场中,穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为60.求电子的质量和穿越磁场的时间图5答案解析过M、N作入射方向和出射方向的垂线,两垂线交于O点,O点即电子在磁场中做匀速圆周运动的圆心,连接ON,过N作OM的垂线,垂足为P,如图所示由直角三角形OPN知,电子的轨迹半径rd由圆周运动知evBm解得m.电子在无界磁场中运动周期为T.电子在磁场中的轨迹对应的圆心角为60,故电子在磁场中的运动时间为tT.三、回
7、旋加速器问题1周期:周期T,由此看出:带电粒子的周期与速率、半径均无关,运动相等的时间(半个周期)后进入电场2带电粒子的最大能量:由r得,当带电粒子的速度最大时,其运动半径也最大,若D形盒半径为R,则带电粒子的最终动能Em.可见,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.例3回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器,其核心部分是两个D形金属盒,两盒分别和一高频交流电源两极相接,以便在盒内的窄缝中形成匀强电场,使粒子每次穿过狭缝时都得到加速,两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,粒子源置于盒的圆心附近,若粒子源射出的粒子电荷量为q,质
8、量为m,粒子最大回旋半径为Rmax.求:(1)粒子在盒内做何种运动;(2)所加交变电流频率及粒子角速度;(3)粒子离开加速器时的最大速度及最大动能答案(1)匀速圆周运动(2)(3)解析(1)带电粒子在盒内做匀速圆周运动,每次加速之后半径变大(2)粒子在电场中运动时间极短,因此高频交变电流频率要符合粒子回旋频率,因为T,回旋频率f,角速度2f.(3)由牛顿第二定律知qBvmax则Rmax,vmax最大动能Ekmaxmv借题发挥(1)洛伦兹力永远不做功,磁场的作用是让带电粒子“转圈圈”,电场的作用是加速带电粒子(2)两D形盒窄缝所加的是与带电粒子做匀速圆周运动周期相同的交流电,且粒子每次过窄缝时均
9、为加速电压,每旋转一周被加速两次(3)粒子射出时的最大速度(动能)由磁感应强度和D形盒的半径决定,与加速电压无关四、质谱仪原理:利用磁场对带电粒子的偏转,由带电粒子的电荷量、轨道半径确定其质量,粒子由加速电场加速后进入速度选择器,匀速运动,电场力和洛伦兹力平衡qEqvB1,v粒子匀速直线通过进入偏转磁场B2,偏转半径r,可得比荷.温馨提示速度选择器两极板间距离极小,粒子稍有偏转,即打到极板上速度选择器对正负电荷均适用速度选择器中的E、B1的方向具有确定的关系,仅改变其中一个方向,就不能对速度做出选择例4质谱仪的构造如图6所示,离子从离子源出来经过板间电压为U的加速电场后进入磁感应强度为B的匀强
10、磁场中,沿着半圆周运动到达记录它的照相底片上,测得图中PQ的距离为L,则该粒子的比荷为多大?图6答案解析粒子在电压为U的电场中加速时,根据动能定理得:qUmv2粒子进入磁场后做圆周运动,根据牛顿第二定律有:qvBmr解得.带电粒子在磁场中的圆周运动1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答案D解析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.带电粒子在有界磁场中的运动2如图7所示,在第象限内有垂直纸面向里的匀强磁场,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 完整版 2017 年高 物理 磁场 电流 运动 电荷 作用 讲洛伦兹力 应用 学案鲁科版
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【快乐****生活】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【快乐****生活】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。
链接地址:https://www.zixin.com.cn/doc/4075223.html