【优化方案】高二物理 第3章第五节洛伦兹力的应用课件 教科

第五节洛伦兹力的应用课标定位学习目标：1.知道洛伦兹力只改变带电粒子速度方向，不改变其速度大小．2．知道质谱仪和回旋加速器的构造和原理．重点难点：质谱仪和回旋加速器的原理和应用．

核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第五节洛伦兹力的应用课前自主学案课前自主学案Bv0图3－5－12．特点：只改变带电粒子的__________，不改变带电粒子的__________．二、质谱仪和回旋加速器1．质谱仪(1)原理图：如图3－5－2图3－5－2运动方向速度大小qUqvB质量m质量同位素2．回旋加速器(1)构造图：如图3－5－3图3－5－3回旋加速器的核心部件是两个_________.D形盒不变核心要点突破一、质谱仪工作原理的理解质谱仪是利用电场和磁场控制电荷运动的精密仪器，它是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具．其结构如图3－5－4甲所示，容器A中含有电荷量相同而质量有微小差别的带电粒子．经过S1和S2之间的电场加速，它们进入磁场将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片的不同地方，在底片上形成若干谱线状的细条，叫做质谱线．每一条谱线对应于一定的质量．从谱线的位置可以知道圆周的半径，如果再已知带电粒子的电荷量，就可以算出它的质量，这种仪器叫做质谱仪．图3－5－4即时应用(即时突破，，小试牛刀刀)1.如图3－5－5是质谱仪仪的工作作原理示示意图．．带电粒粒子被加加速电场场加速后后，进入入速度选选择器，，速度选选择器内内相互正正交的匀匀强磁场场和匀强强电场的的强度分分别为B和E.平板S上有可让让粒子通通过的狭狭缝P和记录粒粒子位置置的胶片片A1A2.平板S下方有强强度为B0的匀强磁磁场．下下列表述述正确的的是()图3－5－5A．质谱仪仪是分析析同位素素的重要要工具B．速度选选择器中中的磁场场方向垂垂直纸面面向外C．能通过过狭缝P的带电粒粒子的速速率等于于E/BD．粒子打打在胶片片上的位位置越来来越靠近近狭缝P，粒子的的荷质比比越小二、对回回旋加速速器的正正确认识识1．回旋加加速器的的原理回旋加速速器的工工作原理理如图3－5－6所示．放放在A0处的粒子子源发出出一个带带正电的的粒子，，它以某某一速率率v0垂直进入入匀强磁磁场中，，在磁场场中做匀匀速圆周周运动．．经过半半个周期期，当它它沿着半半圆A0A1时，我们们在A1A1′处设置一一个向上上的电场场，使这这个带电电粒子在在A1A1′处受到一一次电场场的加速速，速率率由v0增加到v1，然后粒粒子以速速率v1在磁场中中做匀速速圆周运运动．图3－5－6我们知道道，粒子子的轨道道半径跟跟它的速速率成正正比，因因而粒子子将沿着着增大了了的圆周周运动．．又经过过半个周周期，当当它沿着着半圆弧弧A1′A2′到达A2′时，我们们在A2′A2处设置一一个向下下的电场场，使粒粒子又一一次受到到电场的的加速，，速率增增加到v2.如此继续续下去，，每当粒粒子运动动到A1A1′、A3A3′等处时都都使它受受到一个个向上电电场的加加速，每每当粒子子运动到到A2′A2、A4′A4等处时都都使它受受到一个个向下电电场的加加速，那那么，粒粒子将沿沿着图示示的螺旋旋线回旋旋下去，，速率将将一步一一步地增增大．特别提醒醒：由上上式可以以看出，，要使粒粒子射出出的动能能Ekm增大，就就要使磁磁场的磁磁感应强强度B以及D形盒的半半径R增大，而而与加速速电压U的大小无无关(U≠0)．即时应用用(即时突破破，小试试牛刀)2.回旋加速速器是加加速带电电粒子的的装置，，其核心心部分是是分别与与高频交交流电极极相连接接的两个个D形金属盒盒，两盒盒间的狭狭缝中形形成的周周期性变变化的电电场，使使粒子在在通过狭狭缝时都都能得到到加速，，两D形金属盒盒处于垂垂直于盒盒底的匀匀强磁场场中，如如图3－5－7所示，要增大大带电粒子射射出时的动能能，则下列说说法中正确的的是()图3－5－7A．增大匀强强电场间的的加速电压压B．增大磁场场的磁感应应强度C．减小狭缝缝间的距离离D．增大D形金属盒的的半径三、带电粒粒子在复合合场中运动动的分析方方法和思路路1．弄清复合合场的组成成．一般有有磁场、电电场的复合合，磁场、、重力场的的复合，磁磁场、电场场、重力场场三者的复复合．2．正确进行行受力分析析，除重力力、弹力、、摩擦力外外要特别注注意静电力力和磁场力力的分析．．3．确定带电电粒子的运运动状态，，注意运动动情况和受受力情况的的结合．4．对于粒子子连续通过过几个不同同情况的场场的问题，，要分阶段段进行处理理．5．画出粒子子的运动轨轨迹，灵活活选择不同同的运动规规律．(1)当带电粒子子在复合场场中做匀速速直线运动动时，根据据受力平衡衡列方程求求解．(2)当带电粒子子在复合场场中做匀速速圆周运动动时，应用用牛顿定律律结合圆周周运动规律律求解．(3)当带电粒子子做复杂曲曲线运动时时，一般用用动能定理理或能量守守恒定律求求解．(4)对于临界问问题，注意意挖掘隐含含条件．特别提醒：：(1)电子、质子子、α粒子等一般般不计重力力，带电小小球、尘埃埃、液滴等等带电颗粒粒一般要考考虑重力的的作用．(2)注意重力、、电场力做做功与路径径无关，洛洛伦兹力始始终和运动动方向垂直直、永不做做功的特点点．即时应用(即时突破，，小试牛刀刀)3．(2020年杭州高二二检测)一个带电粒粒子以初速速度v0垂直于电场场方向向右右射入匀强强电场区域域，穿出电电场后接着着又进入匀匀强磁场区区域．设电电场和磁场场区域有明明确的分界界线，且分分界线与电电场强度方方向平行，，如图3－5－8中的虚线表表示．在图图所示的几几种情况中中，可能出出现的是()图3－5－8解析：选AD.A、C选项中粒子子在电场中中向下偏转转，所以粒粒子带正电电，再进入入磁场后，，A图中粒子应应逆时针转转，正确．．C图中粒子应应顺时针转转，错误．．同理可以以判断B错，D对．课堂互动讲练类型一带电粒子在有界磁场中的运动例1如图3－5－9所示，一束束电子(电荷量为e)以速度v垂直射入磁磁感应强度度为B、宽度为d的匀强磁场场中，穿透透磁场时速速度方向与与原来入射射方向的夹夹角是30°，则电子的的质量是________，穿透磁场场的时间是是________．图3－5－9【思路点拨】由于洛伦兹兹力总是垂垂直于速度度方向，若若已知带电电粒子的任任意两个速速度方向，，就可以通通过作出两两速度的垂垂线，找出出两垂线的的交点即为为带电粒子子做圆周运运动的圆心心．变式式训训练练1如图图3－5－10所示示，，在在圆圆形形区区域域里里，，有有匀匀强强磁磁场场，，方方向向如如图图所所示示，，有有一一束束速速率率各各不不相相同同的的质质子子自自A点沿沿半半径径方方向向射射入入磁磁场场，，这这些些质质子子在在磁磁场场中中()A．运运动动时时间间越越长长的的，，其其轨轨迹迹所所对对应应的的圆圆心心角角越越大大B．运运动动时时间间越越长长的的，，其其轨轨迹迹越越长长C．运运动动时时间间越越短短的的，，射射出出磁磁场场时时，，速速率率越越小小D．运动时时间越短短的，射射出磁场场时，速速度方向向偏转越越小图3－5－10类型二对质谱仪的理解和应用例2如图3－5－11所示是测测量带电电粒子质质量的仪仪器的工工作原理理示意图图．设法法将某有有机化合合物的气气态分子子导入图图中所示示的容器器A中，使它它受到电电子束轰轰击，失失去一个个电子变变成正一一价的分分子离子子．分子子离子从从狭缝S1以很小的的速度进进入电压压为U的加速电电场区(初速不计计)，加速后后，再通通过狭缝缝S2、S3射入磁感感应强度度为B的匀强磁磁场，方方向垂直直于磁场场区的界界面PQ.最后，分分子离子子打到感感光片上上，形成成垂直于于纸面而而且平行行于狭缝缝S3的细线．．若测得得细线到到狭缝S3的距离为为d，导出分分子离子子的质量量m的表达式式．图3－5－11【思路点拨拨】电场中粒粒子做加加速运动动，速度度选择器器则可以以使通过过S3的粒子具具有相同同的速度度，磁场场中带电电粒子做做圆周运运动，经经半个周周期打到到感光片片上．【规律总结结】熟练掌握握带电粒粒子在电电场中加加速和磁磁场中做做匀速圆圆周运动动的公式式，才能能较好地地解决题题目．变式训练练2如图3－5－12为质谱谱仪的的示意意图．．速度度选择择部分分的匀匀强电电场场场强E＝1.2×105V/m，匀强强磁场场的磁磁感应应强度度为B1＝0.6T．偏转转分离离器的的磁感感应强强度为为B2＝0.8T．求：：(1)能通过过速度度选择择器的的粒子子速度度有多多大？？(2)质子和和氘核核进入入偏转转分离离器后后打在在底片片上的的条纹纹之间间的距距离d为多少少？图3－5－12答案：：(1)2××105m/s(2)5.2××10－3m类型三回旋加速器的应用例3回旋加加速器器是用用来加加速带带电粒粒子使使它获获得很很大动动能的的仪器器，其其核心心部分分是两两个D形金属属盒，，两盒盒分别别和一一高频频交流流电源源两极极相连连，以以便在在盒间间的窄窄缝中中形成成匀强强电场场，使使粒子子每次次穿过过窄缝缝都得得到加加速，，两盒盒放在在匀强强磁场场中，，磁场场方向向垂直直于盒盒底面面，粒粒子源源置于于盒的的圆心心附近近，若若粒子子源射射出的的粒子子电荷荷量为为q，质量量为m，粒子子最大大回旋旋半径径为Rm，其运运动轨轨迹如如图3－