《2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 3.6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-1.ppt》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 3.6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-1.ppt（90頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),【自主預(yù)習(xí)】 1.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)： (1)運(yùn)動(dòng)軌跡： 帶電粒子(不計(jì)重力)以一定的速度v進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)： 當(dāng)vB時(shí)，帶電粒子將做_________運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)vB時(shí)，帶電粒子將做_________運(yùn)動(dòng)。,勻速直線(xiàn),勻速圓周,,(2)軌道半徑和周期： 由qvB=m 得：軌道半徑r=____。 T= =____，帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 的周期與粒子_________和_____無(wú)關(guān)。,運(yùn)動(dòng)速率,半徑,,2.質(zhì)譜儀： (1)加速：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的加速電場(chǎng)，由動(dòng)能 定理得：__________。 (2)偏轉(zhuǎn)：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的

2、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)做勻速圓 周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力：__________。 ,,(3)由兩式可以求出粒子的半徑r、質(zhì)量m、比荷 等。其中由r= 可知電荷量相同時(shí)，半徑 將隨_____變化而變化。,質(zhì)量,3.回旋加速器的原理： (1)粒子每經(jīng)過(guò)一次加速，其軌道半徑就要_____， 但粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期_____。 (2)由qvB=m 和Ek= mv2得Ek=________。 即粒子在回旋加速器中獲得的最大動(dòng)能與q、m、 B、R有關(guān)，與加速電壓_____。,增大,不變,無(wú)關(guān),【預(yù)習(xí)小測(cè)】 1.質(zhì)子(p)和粒子以相同的速率在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑分別為Rp和R，周期分 別為T(mén)p和T

3、，已知m=4mp，q=2qp，下列選項(xiàng)正確 的是(),,A.RpR=12，TpT=12 B.RpR=11，TpT=11 C.RpR=11，TpT=12 D.RpR=12，TpT=11,,【解析】選A。由qvB= 得R= ，而m=4mp， q=2qp，故RpR=12，又T= ，故TpT=12。選項(xiàng)A正確。,,2.(多選)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如果又順利垂直地進(jìn)入另一磁感應(yīng)強(qiáng)度是原來(lái)磁感應(yīng)強(qiáng)度2倍的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則() A.粒子的速率加倍，周期減半 B.粒子的速率不變，軌道半徑減半 C.粒子的速率減半，軌道半徑變?yōu)樵瓉?lái)的 D.粒子的速率不變，周期減半,,【解析】選B、D。因洛倫茲力

4、對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功， 所以速率不變，應(yīng)用軌道半徑公式r= 和周期公 式T= 可判斷選項(xiàng)B、D正確。,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 (多選)如圖所示是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入速度選擇器，速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和E。平板S上有可讓粒子通過(guò)的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2。平板S下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則下列表述正確的是(),,,A.質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 B.速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外 C.能通過(guò)狹縫P的帶電粒子的速率等于 D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小,,【解析】選A、B、C。本題考查速度選擇器及質(zhì)譜

5、儀的 有關(guān)知識(shí)。由加速電場(chǎng)可知粒子所受電場(chǎng)力向下，即 粒子帶正電，在速度選擇器中，所受電場(chǎng)力水平向 右，洛倫茲力水平向左，因此速度選擇器中的磁場(chǎng)方 向垂直紙面向外，B正確；粒子經(jīng)過(guò)速度選擇器時(shí)滿(mǎn) 足qE=qvB，可知能通過(guò)狹縫P的帶電粒子的速率等于,,C正確；帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，有 R= ，可見(jiàn)v相同時(shí)，R ，且R越大，比荷越小， D錯(cuò)誤；同位素電荷量相同，質(zhì)量不同，則偏轉(zhuǎn)半徑 不同，所以質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具，A正確。,主題一帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 【互動(dòng)探究】 觀察洛倫茲力的演示實(shí)驗(yàn)，當(dāng)不存在磁場(chǎng)時(shí)觀察電子的徑跡，加上磁場(chǎng)之后，再觀察電子的徑跡。利用“洛倫茲力演示儀

6、”觀察電子束在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。,,,(1)不加磁場(chǎng)時(shí)，電子束的徑跡有什么特點(diǎn)？ 提示：不加磁場(chǎng)時(shí)，電子槍射出的電子做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，徑跡是一條直線(xiàn)。,(2)給勵(lì)磁線(xiàn)圈通電，在玻璃泡中產(chǎn)生沿兩線(xiàn)圈中心軸線(xiàn)方向、由內(nèi)指向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，電子束的徑跡有什么特點(diǎn)？原因是什么？ 提示：徑跡為圓周，原因是電子所受洛倫茲力的方向與速度方向垂直，不改變速度的大小，只改變速度的方向，洛倫茲力提供向心力，所以電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。,,(3)保持電子束進(jìn)入磁場(chǎng)的速度不變，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，電子束的徑跡有什么變化？說(shuō)明了什么？ 提示：磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，半徑越小，說(shuō)明勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小有關(guān)。,,(4)保持

7、磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變，改變電子束進(jìn)入磁場(chǎng)的速度，電子束的徑跡有什么變化？說(shuō)明了什么？ 提示：速度越大，半徑越大，說(shuō)明勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與速度的大小有關(guān)。,【探究總結(jié)】 1.帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題： (1)圓心的確定。 已知入射方向和出射方向時(shí)，可通過(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直于入射方向和出射方向的直線(xiàn)，兩條直線(xiàn)的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心(如圖甲所示，圖中P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn))。,已知入射點(diǎn)和出射點(diǎn)的位置時(shí)，可以通過(guò)入射點(diǎn)作入射方向的垂線(xiàn)，連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，作其中垂線(xiàn)，這兩條垂線(xiàn)的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心(如圖乙所示，圖中P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn))。,(2)半徑的確定：用幾何知識(shí)(勾股定理、

8、三角函數(shù)等) 求出半徑大小。 (3)運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定：粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間為 T，當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)的圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角為時(shí)，其運(yùn)動(dòng) 時(shí)間由下式表示：t= T(或t= T)。,2.圓心角與偏向角、圓周角的關(guān)系： (1)帶電粒子射出磁場(chǎng)的速度方向與射入磁場(chǎng)的速度方 向之間的夾角叫作偏向角，偏向角等于圓弧 所對(duì)應(yīng)的圓心角，即=，如圖所示。 (2)圓弧 所對(duì)應(yīng)圓心角等于弦 與切線(xiàn)的夾角(弦切角)的2倍，即= 2，如圖所示。,【拓展延伸】三種場(chǎng)力的特點(diǎn) (1)重力的方向始終豎直向下，重力做功與路徑無(wú)關(guān)，重力做的功等于重力勢(shì)能的減少量。 (2)靜電力的方向與電場(chǎng)方向相同或相反，靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)，靜電

9、力做的功等于電勢(shì)能的減少量。,,(3)洛倫茲力的大小與速度方向和磁場(chǎng)方向的夾角有關(guān)，方向始終垂直于速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B共同決定的平面。無(wú)論帶電粒子做什么運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力始終不做功。,,【典例示范】 如圖所示，兩個(gè)板間存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一帶正電的質(zhì)子以速度v0從O點(diǎn)垂直射入。已知兩板之間距離為d，板長(zhǎng)為d，O點(diǎn)是NP板的正中點(diǎn)，為使粒子能從兩板之間射出，試求磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)滿(mǎn)足的條件(已知質(zhì)子帶電荷量為q，質(zhì)量為m)。,,,【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)明確以下兩點(diǎn)： (1)確定粒子能從兩板之間射出的臨界條件。 (2)畫(huà)軌跡找圓心，根據(jù)幾何關(guān)系確定半徑。,,【解析】如圖所示，由于質(zhì)子在O點(diǎn)的速度

10、垂直于板NP，所以粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心O一定位于NP所在的直線(xiàn)上。如果直徑小于ON，則軌跡將是圓心位于ON之間的一段半圓弧。,,(1)如果質(zhì)子恰好從N點(diǎn)射出， R1= ，qv0B1= 所以B1=,,(2)如果質(zhì)子恰好從M點(diǎn)射出 得B2= 所以B應(yīng)滿(mǎn)足 答案：,,【探究訓(xùn)練】 1.如圖是科學(xué)史上一張著名的實(shí)驗(yàn)照片，顯示一個(gè)帶電粒子在云室中穿過(guò)某種金屬板運(yùn)動(dòng)的徑跡。云室放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直照片向里。云室中橫放的金屬板對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。分析此徑跡可知粒子(),,A.帶正電，由下往上運(yùn)動(dòng) B.帶正電，由上往下運(yùn)動(dòng) C.帶負(fù)電，由上往下運(yùn)動(dòng) D.帶負(fù)電，由下往上運(yùn)動(dòng),,【解

11、析】選A。從照片上看，徑跡的軌道半徑是不同 的，下部半徑大，上部半徑小，根據(jù)半徑公式R= 可知，下部速度大，上部速度小，這一定是粒子從下向上穿越了金屬板而損失了動(dòng)能，再根據(jù)左手定則，可知粒子帶正電，故選A。,2.如圖所示，一束電子(電荷量為e)以速度v垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，穿過(guò)磁場(chǎng)時(shí)的速度與電子原來(lái)的入射方向的夾角為=30。(不計(jì)電子重力)求： (1)電子的質(zhì)量m。 (2)電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t。,【解析】(1)如圖所示，由幾何關(guān)系得R=2d 由牛頓第二定律得evB= 聯(lián)立以上方程得m=,,(2)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期T= 運(yùn)動(dòng)時(shí)間t= 答案：(1) (2),【

12、延伸探究】在上題基礎(chǔ)上，以一速度(方向如圖)射入磁場(chǎng)。若不使其從右邊界飛出，則電子的速度應(yīng)為多大？,提示：若要電子不從右邊界飛出，當(dāng)達(dá)到最大速度 時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖，由幾何知識(shí)可求得半徑r， 有r+rcos=L，得r= 又Bev= 所以v= 答案：,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.1998年發(fā)射的“月球勘探者號(hào)”空間探測(cè)器，運(yùn)用 最新科技手段對(duì)月球進(jìn)行近距離勘探，在研究月球磁 場(chǎng)分布方面取得了新的成果。月球上的磁場(chǎng)極其微 弱，探測(cè)器通過(guò)測(cè)量電子在月球磁場(chǎng)中的軌跡來(lái)推算 磁場(chǎng)強(qiáng)弱的分布，圖中是探測(cè)器通過(guò)月球A、B、C、D 四個(gè)位置時(shí)，電子運(yùn)動(dòng)的軌跡照片。設(shè)電子速率相 同，且與磁場(chǎng)方向垂直，其中磁場(chǎng)最強(qiáng)的位置是

13、(),,【解析】選A。由粒子軌跡半徑公式r= 可知，電子速率相同時(shí)，磁場(chǎng)越強(qiáng)的地方，電子運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑越小。故選A。,2.(多選)如圖，兩個(gè)初速度大小相同的同種離子a和b，從O點(diǎn)沿垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，最后打到屏P上。不計(jì)重力。下列說(shuō)法正確的有(),,A.a、b均帶正電 B.a在磁場(chǎng)中飛行的時(shí)間比b的短 C.a在磁場(chǎng)中飛行的路程比b的短 D.a在P上的落點(diǎn)與O點(diǎn)的距離比b的近,【解析】選A、D。要使離子打在屏上， 由左手定則，可判出a、b均帶正電， A正確；由牛頓第二定律qvB=m ， 得r= ，離子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示， 又 知a比b飛行時(shí)間長(zhǎng)， a比b飛行路程長(zhǎng)，B、C錯(cuò)誤；又a、b

14、在P上落點(diǎn)距O點(diǎn)的距離分別為2rcos、2r，故D正確。,,【通法悟道】帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的程序解題法三步法 (1)畫(huà)軌跡：即確定圓心，幾何方法求半徑并畫(huà)出軌跡。,,(2)找聯(lián)系：軌道半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)速度相聯(lián)系，偏轉(zhuǎn)角度與圓心角、運(yùn)動(dòng)時(shí)間相聯(lián)系，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與周期、圓心角相聯(lián)系。 (3)用規(guī)律：即牛頓第二定律和圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，特別是周期公式、半徑公式。,主題二質(zhì)譜儀和回旋加速器 【互動(dòng)探究】 探究點(diǎn)1：質(zhì)譜儀工作原理 質(zhì)譜儀又稱(chēng)質(zhì)譜計(jì)，是分離和檢測(cè)不同同位素的儀器。質(zhì)譜儀是利用勻強(qiáng)電場(chǎng)先將帶電粒子加速，然后通過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)使垂直入射的粒子偏轉(zhuǎn)，從而測(cè)定帶電粒子的質(zhì)量或比

15、荷。,,,那么帶電粒子比荷跟加速電壓U、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B以及粒子軌道半徑r之間的關(guān)系是怎樣的？,提示：如圖所示，設(shè)進(jìn)入加速電場(chǎng)的帶電粒子帶電荷 量為+q，質(zhì)量為m，加速電場(chǎng)兩板間電壓為U，粒子出 電場(chǎng)后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。在加速 電場(chǎng)中，由動(dòng)能定理得 qU= mv2,,粒子出電場(chǎng)時(shí)，速度v= 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌道半徑r= 解得粒子質(zhì)量m= ，比荷,探究點(diǎn)2：回旋加速器原理 如圖甲是回旋加速器的原理圖，已知D形盒的半徑為R，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，交變電流的周期為T(mén)，如圖乙所示，放在A0處的粒子源發(fā)出一個(gè)帶正電的粒子，它以某一速率v0垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)

16、動(dòng)。在加速器中粒子的運(yùn)動(dòng)如表。,,試思考下列問(wèn)題： (1)磁場(chǎng)的作用是什么？粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)？ 提示：帶電粒子以某一速度垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng) 磁場(chǎng)后，在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其運(yùn) 動(dòng)周期與速率、半徑均無(wú)關(guān)(T= )，帶電粒子每次進(jìn)入D形盒都運(yùn)動(dòng)相等的時(shí)間(半個(gè)周期)后平行電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)中加速。,,(2)電場(chǎng)的作用是什么？ 提示：回旋加速器兩個(gè)D形盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩個(gè)D形盒正對(duì)截面的勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子經(jīng)過(guò)該區(qū)域時(shí)被加速。,(3)為了保證粒子每次經(jīng)過(guò)電場(chǎng)都被加速，對(duì)交變電壓的周期有什么要求？ 提示：為了保證帶電粒子每次經(jīng)過(guò)盒縫時(shí)均被加速， 使其能量不斷提高，交

17、變電壓的周期必須等于帶電 粒子在回旋加速器中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期，即 T= 。因此，交變電壓的周期由帶電粒子的質(zhì)量m、帶電量q和加速器中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B決定。,,(4)帶電粒子經(jīng)過(guò)回旋加速器加速后，獲得的動(dòng)能由哪些因素決定？ 提示：帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力充 當(dāng)向心力，qvB=m ，Ek= mv2，因此，帶電粒子 經(jīng)過(guò)回旋加速器加速后，獲得的動(dòng)能Ek=,【探究總結(jié)】 對(duì)質(zhì)譜儀和回旋加速器的三點(diǎn)說(shuō)明 (1)應(yīng)用質(zhì)譜儀可測(cè)定帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素(比荷)。 (2)回旋加速器所加交流電壓的周期等于帶電粒子在回旋加速器中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期。 (3)回旋加速器中帶電粒子的最終能量取決

18、于磁感應(yīng)強(qiáng)度和D形盒的半徑。,,【拓展延伸】認(rèn)識(shí)回旋加速器的兩個(gè)誤區(qū) (1)帶電粒子的能量不能加到無(wú)限高。按照狹義相對(duì)論，粒子的質(zhì)量隨著速度的增加而增大。而質(zhì)量的變化會(huì)導(dǎo)致其回旋周期的變化，從而破壞了與電場(chǎng)變化周期的同步。,,(2)并不是加速電壓越高，粒子獲得的能量越高。帶電粒子在磁場(chǎng)中獲得的最終能量與加速電壓無(wú)關(guān)。加速電壓越高，粒子單次加速獲得的動(dòng)能越大，加速次數(shù)減少，但粒子獲得的最高能量不變。,【典例示范】現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來(lái)分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開(kāi)始被加速電場(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開(kāi)磁場(chǎng)。若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開(kāi)始被同

19、一加速電場(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開(kāi)磁場(chǎng)，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來(lái)的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為(),A.11B.12C.121D.144,,【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)從以下三點(diǎn)進(jìn)行分析： (1)電場(chǎng)中加速依據(jù)動(dòng)能定理。 (2)磁場(chǎng)中依據(jù)牛頓第二定律分析運(yùn)動(dòng)軌跡。 (3)依據(jù)兩種粒子運(yùn)動(dòng)軌跡半徑表達(dá)式，利用比值法計(jì)算。,,【解析】選D。離子在加速電場(chǎng)有qU= mv2，在磁場(chǎng) 中偏轉(zhuǎn)有qvB=m ，聯(lián)立解得R= ，經(jīng)勻強(qiáng)磁 場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開(kāi)磁場(chǎng)，即R相同，因此 有 ，離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為144，故選D。,,【探究訓(xùn)練】 1.(多選)(2018青島高二檢測(cè))19

20、30年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖所示，這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙。下列說(shuō)法正確的是(),A.離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器 B.離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器 C.離子從磁場(chǎng)中獲得能量 D.離子從電場(chǎng)中獲得能量,,【解析】選A、D。本題源于課本而又高于課本，既考 查考生對(duì)回旋加速器的結(jié)構(gòu)及工作原理的掌握情況， 又能綜合考查磁場(chǎng)和電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的作用規(guī)律。 由R= 知，隨著被加速離子的速度增大，離子在磁 場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑逐漸增大，所以離子必須 由加速器中心附近進(jìn)入加速器，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；,離子在電場(chǎng)中被加速，使動(dòng)能增加；在磁場(chǎng)中洛倫茲力

21、不做功，離子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能不改變。磁場(chǎng)的作用是改變離子的速度方向，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。,2.質(zhì)譜儀原理如圖所示，a為粒子加速器，電壓為U1；b為速度選擇器，磁場(chǎng)與電場(chǎng)正交，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，板間距離為d；c為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2。今有一質(zhì)量為m、電荷量為+e的正電子(不計(jì)重力)，經(jīng)加速后，該粒子恰能通過(guò)速度選擇器，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器后做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。求：,(1)粒子射出加速器時(shí)的速度v為多少？ (2)速度選擇器的電壓U2為多少？ (3)粒子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R為多大？,,【解題指南】解答本題要把握以下三點(diǎn)： (1)根據(jù)動(dòng)能定理求粒子加速后的速度。

22、 (2)在速度選擇器中，洛倫茲力與電場(chǎng)力大小相等，方向相反。 (3)在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力充當(dāng)向心力。,,【解析】(1)在a中，粒子被加速電場(chǎng)U1加速，由動(dòng) 能定理有eU1= mv2，得v= (2)在b中，粒子受到的電場(chǎng)力和洛倫茲力大小相等， 即e =evB1，代入v值得U2=B1d,,(3)在c中，粒子受洛倫茲力作用而做圓周運(yùn)動(dòng)， 回旋半徑R= ，代入v值得R= 答案：,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.(多選)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電極相連接的兩個(gè)D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場(chǎng)，使粒子在通過(guò)狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)

23、磁場(chǎng)中，如圖所示，要增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能，則下列說(shuō)法中正確的是(),A.增大勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓 B.增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 C.增加周期性變化的電場(chǎng)的頻率 D.增大D形金屬盒的半徑,,【解析】選B、D。粒子最后射出時(shí)的旋轉(zhuǎn)半徑為D形 金屬盒的最大半徑R， 可見(jiàn)，要增大粒子的動(dòng)能，應(yīng)增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B或D形金屬盒的半徑R，故正確答案為B、D。,,2.如圖所示是一種質(zhì)譜儀的示意圖，從離子源S產(chǎn)生的正離子，經(jīng)過(guò)S1和S2之間的加速電場(chǎng)，進(jìn)入速度選擇器，P1和P2間的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，離子由S3射出后進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，由于各種離子軌跡半徑R不同，而分別射到底片上不同的

24、位置，形成譜線(xiàn)。,,,(1)若已知S1S2間加速電壓為U，并且磁感應(yīng)強(qiáng)度B2和半徑R也是已知的，則離子的比荷為_(kāi)_______。 (2)若已知速度選擇器中的電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B1，R和B2也知道，則離子的比荷為_(kāi)_______。,(3)要使氫的同位素氘和氚經(jīng)加速電場(chǎng)和速度選擇器以相同的速度進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。(設(shè)進(jìn)入加速電場(chǎng)時(shí)速度為零) A.若保持速度選擇器的E和B1不變，則加速電場(chǎng)S1S2間的電壓比應(yīng)為_(kāi)_______。 B.它們的譜線(xiàn)位置到狹縫S3間的距離之比為_(kāi)_______。,,【解析】(1)由于粒子在B2區(qū)域做勻速圓周運(yùn)動(dòng)， R= ，這個(gè)速度也就是粒子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后的 速度，在加速過(guò)程中qU= mv2，所以 (2)在速度選擇器中，粒子沿直線(xiàn)穿過(guò)，故qE=qvB1 E=vB1=,,(3)A.氘核 H，氚核 H，設(shè)經(jīng)加速后二者速度均 為v，經(jīng)電場(chǎng)加速：q1U1= m1v2，q2U2= m2v2。 由以上兩式得：,,B.它們譜線(xiàn)的位置到狹縫S3的距離之比實(shí)際上就是兩種粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的直徑之比，也是半徑之比。 答案：,【課堂小結(jié)】,