18-19-第3章-第6节-洛伦兹力与现代技术

第三章磁场第六节洛伦兹力与现代技术课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页学习目标知识脉络(教师用书独具)1.知道垂直射入匀强磁场的带电粒子在磁场中做匀速圆周运动．2.会应用公式f＝qvB推导带电粒子做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会应用它们解答有关问题．(重点、难点)3.知道回旋加速器、质谱仪的基本构造、原理以及基本用途．(重点)课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页[自主预习·探新知][知识梳理]一、带电粒子在磁场中的运动(如图3­6­1)图3­6­1课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页1．实验探究(1)此装置是洛伦兹力演示仪，它是一个特制的电子射线管，管内下方的电子枪射出的，可以使管内的发出辉光，从而显示出电子的径迹．(2)实验现象①当没有磁场作用时，电子的运动轨迹是．②当电子垂直射入磁场时，电子的运动轨迹是．③结论：增大电子的速度时圆周半径，增强磁场磁感应强度时，圆周半径．电子束氢气直线圆弧线增大减小课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页2．带电粒子在匀强磁场中的运动(1)洛伦兹力的作用效果①洛伦兹力(A.改变B．不改变)带电粒子速度的大小，或者说洛伦兹力(A.对B．不对)带电粒子做功，(A.改变B．不改变)粒子的能量．②洛伦兹力总与速度方向，正好起到了充当的作用．不改变不对不改变垂直向心力课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(2)运动规律带电粒子沿着与磁场垂直方向射入匀强磁场中做匀速圆周运动．洛伦兹力提供向心力，即＝mv2r.①轨道半径：r＝.②运动周期：T＝.2πmqBqvBmvqB课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页二、质谱仪和回旋加速器1．质谱仪如图3­6­2所示．图3­6­2课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(1)P1P2之间的部分就是一个，粒子要匀速通过狭缝应有v＝.(2)带电粒子在S0下方区域，在洛伦兹力的作用下做．其中轨道半径r＝mvqB2.(3)以上两式消去v得qm＝.EB1B2rEB1速度选择器匀速圆周运动课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(4)测粒子质量的方法：通过测量落在底片上的不同粒子的，即可求出带电粒子的荷质比qm，若已知电量，可求得粒子的．(5)质谱线：电荷量相同而质量有微小差别的粒子通过质谱仪打在照相底片的，底片上形成若干谱线状的细条．每一条谱线对应一定的质量，由此可准确地测出各种同位素的．半径质量不同位置原子量课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页2．回旋加速器(1)主要构造：两个，两个大型电磁铁．(2)原理图(如图3­6­3所示)图3­6­3D形盒课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(3)工作原理磁场的作用：带电粒子磁场方向射入磁场时，受到磁场的洛伦兹力作用而做运动．交变电压的作用：在两D形盒狭缝间产生的电压使带电粒子每经过一次狭缝加速一次．交变电压的周期(或频率)：与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期(或频率)．(4)用途：加速器是使带电粒子获得高能量的装置，是科学家探究物质奥秘的有力工具．垂直匀速圆周周期性变化相同课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页[基础自测]1．思考判断(1)带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径，与粒子的质量和速度无关．()(2)运动电荷进入磁场后(无其他场)可能做匀速圆周运动，不可能做类平抛运动．()(3)运动电荷进入磁场后(无其他场)可能做匀加速直线运动，不可能做匀速直线运动．()课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(4)回旋加速器的加速电压越大，带电粒子获得的最大动能越大．()(5)利用回旋加速器加速带电粒子，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.()(6)带电粒子做匀速圆周运动的半径与带电粒子进入磁场时速度的大小有关，而周期与速度、半径都无关．()【答案】(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)√课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页2．电子在匀强磁场中做匀速圆周运动．下列说法正确的是()【导学号：52592121】A．速率越大，周期越大B．速率越小，周期越大C．速度方向与磁场方向平行D．速度方向与磁场方向垂直D[由粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期公式T＝2πmqB可知，周期的大小与速率无关，所以A、B错误．粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，速度方向与磁场方向垂直，C错误，D正确．]课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页3．关于回旋加速器中电场和磁场的说法中正确的是()A．电场和磁场都对带电粒子起加速作用B．电场和磁场是交替地对带电粒子做功的C．只有磁场才能对带电粒子起加速作用D．磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动D[回旋加速器是利用电场进行加速，而在磁场中受到洛伦兹力作用，由于洛伦兹力方向始终垂直于速度方向，所以在磁场中速度的大小不变，没有起到加速作用，而使粒子偏转，做匀速圆周运动．故D正确．]课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页4．如图3­6­4所示，在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下，磁场方向垂直于纸面向里．一带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板，若不计重力，下列四个物理量中哪一个改变时，粒子运动轨迹不会改变()图3­6­4A．粒子所带的电荷量B．粒子速度的大小C．电场强度D．磁感应强度课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页A[粒子做直线运动的条件是Eq＝qvB，即E＝vB，故改变粒子的电荷量粒子运动轨迹不会改变；改变粒子速度的大小、电场强度、磁感应强度，粒子运动轨迹会改变，故选A.]课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页[合作探究·攻重难]带电粒子在匀强磁场中的运动分析1.运动轨迹(1)匀速直线运动当带电粒子的速度方向与磁场平行时，不受洛伦兹力作用，带电粒子在磁场中做匀速直线运动．(2)匀速圆周运动当带电粒子的速度方向与磁场垂直时，仅在洛伦兹力作用下带电粒子在磁场中做匀速圆周运动．课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页2．带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析方法(1)周期及半径的确定洛伦兹力提供向心力，则有qvB＝mv2r，得到轨道半径r＝mvqB.由轨道半径与周期的关系得T＝2πmqB.课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(2)圆心的确定①已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图3­6­5(a)所示，图中P为入射点，M为出射点)．②已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图3­6­5(b)，P为入射点，M为出射点)．课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页图3­6­5课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(3)圆心角的确定①带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向间的夹角φ叫偏向角．偏向角等于圆心角即α＝φ，如图3­6­6.图3­6­6②某段圆弧所对应的圆心角是这段圆弧弦切角的二倍，即α＝2θ.课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页如图3­6­7所示，在xOy平面内，y≥0的区域有垂直于xOy平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，一质量为m、带电量大小为q的粒子从原点O沿与x轴正方向成60°角方向以v0射入，粒子的重力不计，求带电粒子在磁场中运动的时间和带电粒子离开磁场时的位置．图3­6­7课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页思路点拨：解答本题时可按以下思路分析：课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页【解析】当带电粒子带正电时，轨迹如图中OAC，对粒子，由于洛伦兹力提供向心力，则qv0B＝mv20R，R＝mv0qB，T＝2πmqB故粒子在磁场中的运动时间t1＝240°360°T＝4πm3qB粒子在C点离开磁场OC＝2R·sin60°＝3mv0qB故离开磁场的位置为－3mv0qB，0课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页当带电粒子带负电时，轨迹如图中ODE所示，同理求得粒子在磁场中的运动时间t2＝120°360°T＝2πm3qB离开磁场时的位置为3mv0qB，0.【答案】4πm3qB－3mv0qB，0或2πm3qB3mv0qB，0课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的处理方法(1)画轨迹：先定圆心，再画完整圆弧，后补画磁场边界，最后确定粒子在磁场中的轨迹(部分圆弧)．(2)找联系：r与B、v有关，如果题目要求计算速率v，一般要先计算r，t与角度和周期T有关，如果题目要求计算粒子在磁场中运动的时间t，一般要先计算粒子在磁场中运动的部分圆弧所对应的圆心角和粒子的周期．(3)用规律：根据几何关系求半径和圆心角，再根据半径和周期公式与B、v等联系在一起．课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页[针对训练]如图3­6­8所示，在半径为r的圆形区域内，有一个匀强磁场，一带电粒子以速度v0从M点沿半径方向射入磁场区，并由N点射出，O点为圆心．∠MON＝120°，求带电粒子在磁场区的偏转半径R及在磁场区中的运动时间．图3­6­8课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页【解析】由题意可知，带电粒子在磁场中的运动轨迹如图所示．由图中几何关系可知，圆弧MN所对的圆心角为60°，O、O′的连线为该圆心角的角平分线，由此可得tan30°＝rR，课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页所以带电粒子偏转半径为R＝rtan30°＝3r.带电粒子运动周期T＝2πmqB，R＝mv0qB，因为mqB＝Rv0＝3rv0，所以T＝2πmqB＝23πrv0，则带电粒子在磁场中运动时间为t＝60°360°T＝16T＝3πr3v0.【答案】3r3πr3v0课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页质谱仪和回旋加速器问题1．对质谱仪的理解(1)速度选择器只选择粒子的速度(大小和方向)而不选择粒子的质量、电荷量和电性．(2)从S1与S2之间得以加速的粒子的电性是固定的，因此进入偏转磁场空间的粒子的电性也是固定的．(3)打在底片上同一位置的粒子，只能判断其qm是相同的，不能确定其质量或电量一定相同．课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页2．对回旋加速器的理解(1)交变电压的周期：带电粒子做匀速圆周运动的周期T＝2πmqB与速率、半径均无关，运动相等的时间(半个周期)后进入电场，为了保证带电粒子每次经过狭缝时都被加速，须在狭缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压，所以交变电压的周期也与粒子的速率、半径无关，由带电粒子的比荷和磁场的磁感应强度决定．课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(2)带电粒子的最终能量：由r＝mvqB知，当带电粒子的运动半径最大时，其速度也最大，若D形盒半径为R，则带电粒子的最终动能Ekm＝q2B2R22m.可见，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能地增大磁感应强度B和D形盒的半径R.(3)粒子被加速次数的计算：粒子在回旋加速器盒中被加速的次数n＝EkmUq(U是加速电压的大小)，一个周期加速两次．课时分层