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2019-2020年高中物理 3.6《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動》學(xué)案（3） 新人教版選修3-1 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1、知道質(zhì)譜儀的工作原理。 2、知道回旋加速器的基本構(gòu)造、工作原理 、及用途 。 【重點(diǎn)難點(diǎn)】帶電粒子在回旋加速器中的運(yùn)動情況分析。 【要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)】 1、質(zhì)譜儀由靜電加速極、速度選擇器、______________、顯示屏等組成. 2、試述質(zhì)譜儀的工作原理:______________________________________________________ 3、回旋加速器核心部件為______________（加勻強(qiáng)磁場）和_____________（加交變電場）。 4、回旋加速器加速原理：_______________________________________________________ 【典型例題】 1、質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具.它的構(gòu)造原理如圖所示，離子源S生帶電量為q的某種正離子，離子產(chǎn)生出米時的速度很小，可以看作是靜止的，離子經(jīng)過電壓U加速后形成離子束流，然后垂直于磁場方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，沿著半圓周運(yùn)動而到達(dá)記錄它的照相底片P上.實(shí)驗(yàn)測得:它在P上的位置到入口處S1的距離為a，離子束流的電流為I.請回答卜列問題: (1)在時間t內(nèi)射到照相底片P上的離子的數(shù)目為__ It/q _. (2)單位時間穿過入口處S1離子束流的能量為___ UI _____. (3)試證明這種離子的質(zhì)量為. 2. 用一回旋加速質(zhì)子，半圓形D盒電極半徑為0.532m，盒內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.64T，已知質(zhì)子的質(zhì)量m=1.6710-27㎏，電量q=1.610-19C。試求： ⑴所需高頻交流電壓的頻率為多少？ ⑵質(zhì)子能達(dá)到的最大能量是多少？ 3、目前世界上正在研究的新型發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電機(jī)的原理如圖所示.設(shè)想在相距為d,且足夠長的甲、乙兩金屬板間加有垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,兩板通過電鍵和燈泡相連,將氣體加熱到使之高度電離.由于正負(fù)電荷一樣多,且?guī)щ娏烤鶠閝,故稱為等離子體.將其以速度V噴入甲、乙兩板之間,這時甲、乙兩板就會聚集電荷,產(chǎn)生電壓,它可以直接把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能.試問：(1)圖中哪個極板是發(fā)電機(jī)的正極?(2)發(fā)電機(jī)的電動勢多大?(3)設(shè)噴入兩極間的離子流每立方米有n對一價正負(fù)離子,等離子體的截面積為S,則發(fā)電機(jī)的最大功率多大? 答案:(1)甲(2)Bdv(3)2ndqSBv2 4、如圖所示，回旋加速器D型盒的半徑為R,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，高頻電場的電壓為U，So為粒子源，S’為引出口。若被加速粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，設(shè)粒子加速時質(zhì)量不變，且不考慮粒子從粒子源出來時具有的能量。求： ⑴外加電場的變化周期為多少？ ⑵粒子從加速器中射出時所具有的能量？ ⑶粒子在加速器中被加速的時間共為多少？ 【高考鏈接】 如圖所示,矩形管長L、寬為d、高為h,上下兩平面是絕緣體,相距為d的兩側(cè)面是導(dǎo)體,并用粗導(dǎo)線MN相連.令電阻率為ρ的水銀充滿管口,源源不斷地流過該矩形管.已知水銀勻速通過管子的速度與管子兩端的壓強(qiáng)成正比,且當(dāng)管兩端壓強(qiáng)差為p時,水銀的流速為v0.今在矩形管所在的區(qū)域加一與管子的上下平面垂直的勻強(qiáng)磁場,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B(圖中未畫出).待穩(wěn)定后,求水銀在管中的流速. 答案: