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(共56張PPT)
第一章　磁場對電流的作用
4.洛倫茲力的應(yīng)用
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核心素養(yǎng)：1.會分析帶電粒子在勻強磁場中的偏轉(zhuǎn). 2.了解質(zhì)譜儀的原理及應(yīng)用. 3. 了解回旋加速器的原理及應(yīng)用.
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研習(xí)任務(wù)一　利用磁場控制帶電粒子運動
合作　討論
如圖所示，磁場半徑為r，磁感應(yīng)強度大小為B，一質(zhì)量為m、電荷量為＋q的粒子， 以速度v0沿半徑方向射入磁場，從Q點沿半徑方向射出磁場，速度方向偏轉(zhuǎn)角度為θ， 試求偏轉(zhuǎn)角度θ的大小.（用q、r、B、m、v0表示）
如圖所示
教材　認(rèn)知
1. 磁場控制帶電粒子運動的特點：只改變帶電粒子速度方向，不改變帶電粒子速度 大小.
2. 磁場控制帶電粒子在磁場中運動的基本思路
（1）圓心的確定
圓心位置的確定通常有以下兩種基本方法：①已知入射方向和出射方向時，可以過入 射點和出射點作垂直于入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點就是圓弧軌道的 圓心（如圖甲所示，P為入射點，M為出射點）.
②已知入射方向和出射點的位置時，可以過入射點作入射方向的垂線，連接入射點和 出射點，作連線的中垂線，這兩條垂線的交點就是圓弧軌道的圓心（如圖乙所示，P 為入射點，M為出射點）.
研習(xí)　經(jīng)典
[典例1]　如圖所示，一帶電荷量為2.0×10－9 C、質(zhì)量為1.8×10－16 kg的粒子，從直 線上一點O沿與PO成30°角的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，經(jīng)過1.5×10－ 6 s后到達(dá)直線上的P點，求：
（1）粒子做圓周運動的周期；
答案：（1）1.8×10－6 s　
解析：（1）作出粒子的運動軌跡如圖所示，由圖可知粒子由O到P的大圓弧所對的圓心角為300°，
（2）磁感應(yīng)強度B的大小；
答案：（2）0.314 T
（3）若O、P之間的距離為0.1 m，則粒子的運動速度的大小.
答案：（3）3.49×105 m/s
對應(yīng)　訓(xùn)練
A. 電子經(jīng)過磁場時速度增大
B. 欲使電子束打在熒光屏上的A點，偏轉(zhuǎn)磁場的方向應(yīng)垂直紙 面向里
C. 欲使電子束打在熒光屏上的B點，偏轉(zhuǎn)磁場的方向應(yīng)垂直紙 面向外
D. 欲使電子束打在熒光屏上的位置由A點調(diào)整到B點，應(yīng)調(diào)節(jié)偏 轉(zhuǎn)線圈中的電流使磁場增強
C
解析：洛倫茲力方向與速度方向垂直，不做功，電子的速度大小不變，A錯誤；欲使 電子束打在熒光屏上的A、B點，偏轉(zhuǎn)磁場的方向應(yīng)垂直紙面向外，B錯誤，C正確； 由A點調(diào)整到B點，應(yīng)減小電子的偏轉(zhuǎn)程度，故應(yīng)調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)線圈中的電流使磁場減 弱，D錯誤.
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研習(xí)任務(wù)二　質(zhì)譜儀
合作　討論
如圖所示為質(zhì)譜儀原理示意圖.設(shè)粒子質(zhì)量為m、電荷量為q，加速電場電壓為U，偏 轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強度為B，粒子從容器A下方的小孔S1飄入加速電場，其初速度幾乎為 0.則粒子進(jìn)入磁場時的速度是多大？打在底片上的位置到S3的距離多大？
教材　認(rèn)知
1. 構(gòu)造：主要構(gòu)件有 、 和照相底片.
加速電場　
偏轉(zhuǎn)磁場　
同位素　
研習(xí)　經(jīng)典
[典例2]　如圖所示，兩平行金屬板間距為d，電勢差為U，板間電場可視為勻強電 場；金屬板下方有一磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，帶電量為＋q、質(zhì)量為m的粒子，由 靜止開始從正極板出發(fā)，經(jīng)電場加速后射出，并進(jìn)入磁場做勻速圓周運動，忽略重力 的影響，求：
（1）勻強電場場強E的大小；
（2）粒子從電場射出時速度v的大小；
（3）粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑R.
名師點評
　　質(zhì)譜儀其實是帶電粒子在組合場中運動的一個應(yīng)用，只要熟知帶電粒子在電場和 磁場中的運動規(guī)律就可以輕松解答這類問題.
對應(yīng)　訓(xùn)練
ABD
A. 粒子一定帶正電
D. 若一束離子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片
上同一點，則該束離子具有相同的比荷
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研習(xí)任務(wù)三　回旋加速器
合作　討論
勞倫斯設(shè)計并研制出了世界上第一臺回旋加速器，為進(jìn)行人工可控核反應(yīng)提供了強有 力的工具，大大促進(jìn)了原子核、基本粒子的實驗研究.請思考：
（1）在回旋加速器中運動的帶電粒子的動能來自于電場，還是磁場？
提示：（1）帶電粒子的動能來自于電場.
（2）對交流電源的周期有什么要求？
提示：（2）交流電源的周期應(yīng)等于帶電粒子在磁場中運動的周期.
（3）帶電粒子從回旋加速器中出來時的最大動能與哪些因素有關(guān)？
教材　認(rèn)知
1. 構(gòu)造：兩個D形盒、兩D形盒接交流電源，D形盒處于垂直于D形盒的勻強 中，如圖所示.
磁場　
2. 工作原理
（1）D1和D2之間有一定的電勢差U，A處的粒子源產(chǎn)生的帶電粒子，在兩盒之間被電 場 .
（2）兩個半圓盒處于與盒面垂直的勻強磁場中，粒子在磁場中做 運動.
（3）經(jīng)過半個圓周，粒子再次到達(dá)兩盒間的縫隙，兩盒間的電勢差改變 ， 粒子再一次被加速.如此循環(huán)往復(fù)，粒子的速度就能夠增加到很大.
3. 粒子被加速的條件
交變電場的周期等于粒子在磁場中運動的周期.
加速　
勻速圓周　
正負(fù)　
4. 粒子最終的能量
研習(xí)　經(jīng)典
[典例3]　用電源頻率為f的回旋加速器對電荷量為q、質(zhì)量為m的氦核加速，使氦核的 能量達(dá)到Ek.則這個回旋加速器的半徑r為多大？
名師點評
　　交變電源的周期（頻率）與粒子運動的周期（頻率）相同，以及洛倫茲力提供粒 子做圓周運動的向心力，是解決回旋加速器問題的關(guān)鍵.
對應(yīng)　訓(xùn)練
A. 質(zhì)子能量來源于磁場
B. 減小交變電壓U，則質(zhì)子在加速器中運行時間將變長
BC
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課時作業(yè)（四）
[基礎(chǔ)訓(xùn)練]
A. 回旋加速器是利用磁場對運動電荷的作用使帶電粒子的速度增大的
B. 回旋加速器使粒子獲得的最大動能與加速電壓成正比
C. 回旋加速器是通過多次電場加速使帶電粒子獲得高能量的
D. 帶電粒子在回旋加速器中不斷被加速，因而它做圓周運動一周所用的時間越來
越短
C
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A. 進(jìn)入磁場時速度從大到小排列的順序是氕、氘、氚
B. 進(jìn)入磁場時動能從大到小排列的順序是氕、氘、氚
C. 在磁場中運動時間由大到小排列的順序是氕、氘、氚
D. a、b、c三條“質(zhì)譜線”依次排列的順序是氕、氘、氚
A
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A. 帶電粒子的最大速度與D形盒的尺寸無關(guān)
B. 帶電粒子每運動一周被加速一次
C. 圖中P1P2等于P2P3
D. 加速電場方向不需要做周期性的變化
BD
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A. 保持B和T不變，該回旋加速器可以加速質(zhì)子
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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方向垂直紙面向內(nèi)
D. 粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小
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A. 粒子從電場中獲得能量
B. 粒子獲得最大速度與回旋加速器半徑有關(guān)
C. 粒子獲得最大速度與回旋加速器內(nèi)的電場有關(guān)
D. 回旋加速器中的電場和磁場交替對帶電粒子做功
AB
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A. 粒子帶負(fù)電
B. 速度選擇器中勻強磁場的方向垂直紙面向外
BCD
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A. 如果只增大交變電壓U，質(zhì)子在加速器中運行時間將變短
B. 如果只增大交變電壓U，質(zhì)子的最大動能會變大
C. 質(zhì)子的最大動能跟磁感應(yīng)強度B成正比
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[能力提升]
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A. 5∶4 B. 4∶5
C. 25∶16 D. 16∶25
C
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11. 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，其構(gòu)造原理如圖所 示，離子源S產(chǎn)生質(zhì)量為m、電荷量為q、初速度為0的某種正離子，離子經(jīng)過電壓U加 速后形成離子流，然后從S1處垂直于磁場進(jìn)入矩形ABCD區(qū)域內(nèi)的勻強磁場中，運動 半周到達(dá)記錄它的照相底片上的P點，已知P與S1的距離為x，離子形成的等效電流為 I. 求：
（1）磁場的磁感應(yīng)強度；
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（2）在時間t內(nèi)到達(dá)照相底片P上的離子個數(shù).
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