《2016-2017学年教科版选修3-1 3.5.洛伦兹力的应用 学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2016-2017学年教科版选修3-1 3.5.洛伦兹力的应用 学案（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、5.洛伦兹力的应用学习目标重点难点1.理解洛伦兹力对粒子不做功2理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动3会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题4通过讲述带电粒子在科技、生产与生活中的典型应用，培养热爱科学、致力于科学研究的价值观.重点：1.粒子在磁场中做圆周运动的条件2回旋加速器和质谱仪的原理3带电粒子在磁场中做圆周运动半径的确定及计算难点：带电粒子在磁场中做圆周运动半径的确定.一、利用磁场控制带电粒子1有界磁场：有明显边界的磁场2粒子的偏转：如果带电粒子经过半径为r的圆形匀强磁场区域，偏转角为，则：tan.又
2、R_.所以tan_.3特点：只改变带电粒子的_，不改变带电粒子的_二、质谱仪1结构2带电粒子运动分析注意：式中E为P1、P2之间的电场强度，L为条纹到狭缝S3的距离，并且L2R.预习交流1回想一下家里的什么电器中利用了磁场控制带电粒子？三、回旋加速器1构造图：如图2工作原理利用电场对带电粒子的_作用和磁场对带电粒子的_作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件两个D形盒和其间的窄缝内完成(1)磁场的作用带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力作用下做_运动，半个周期后平行于电场方向进入电场中加速(2)电场的作用回旋加速器两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化并垂直于两D
3、形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被_(3)交变电压为保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高，需在窄缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动_相同的交变电压预习交流2一束电子进入回旋加速器加速，电子出来时的速度大小与回旋加速器的半径有什么关系？答案：一、2.3运动方向速度大小二、2.qvB2同位素预习交流1：提示：电视机中的显像管三、2.加速偏转(1)匀速圆周(2)加速(3)周期预习交流2：提示：根据半径公式R，可得v，由于电子的电荷量和质量一定，回旋加速器中的磁感应强度一定，故电子出来的速度大小与回旋加速器的半径成正比在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注？请在下列表格
4、中做个备忘吧！我的学困点我的学疑点一、利用磁场控制带电粒子运动1如图是显像管原理示意图，试思考讨论下列问题：显像管原理示意图(俯视图)(1)要使电子打在A点，偏转磁场应该沿什么方向？(2)要使电子打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？(3)要使电子从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该怎样变化？2电视机显像管中电子束的偏转原理和示波管中电子束的偏转原理一样吗？如图为电视机显像管的偏转线圈示意图，线圈中心O处的黑点表示电子枪射出的电子，它的方向垂直纸面向外当偏转线圈中的电流方向如图所示时，电子束应()A向左偏转B向上偏转C向下偏转 D不偏转1.圆心的确定带电粒子进入一个有界磁场后的轨迹是一段圆弧，如何确
5、定圆心是解决此类问题的前提，也是解题的关键一个最基本的思路是：圆心一定在与速度方向垂直的直线上2运动半径的确定作入射点、出射点对应的半径，并作出相应的辅助三角形，利用三角形法或其他几何方法求解出半径的大小，并与半径公式r联立求解3时间的确定粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为时，其运动时间可表示为tT(或tT)4确定带电粒子运动圆弧所对圆心角的两个重要结论(1)带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向之间的夹角叫做偏向角，偏向角等于圆弧轨道对应的圆心角，即，如图所示(2)圆弧轨道所对圆心角等于弦PM与切线的夹角(弦切角)的2倍，即2，如图所示二、质谱仪和回旋加
6、速器1回旋加速器两端所加的交流电压的周期由什么决定？2带电粒子在回旋加速器中获得的最大动能与哪些因素有关？如图是质谱仪的工作原理示意图带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场下列表述正确的是()A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD离子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小洛伦兹力在实际中的应用1回旋加速器(1)在回旋加速器中粒子的速度逐渐增大，但粒子在磁场中做匀速圆周
7、运动的周期T始终不变(2)粒子的最大半径等于盒的半径R，所以最大速度v，最大动能Ekmmv2.(3)粒子在回旋加速器盒中被加速的次数n(U是加速电压大小)，一个周期加速两次设在电场中加速的时间为t1，缝的宽度为d，则ndt1，t1.在磁场中运动的时间t2T，总时间为tt1t2，因为t1t2，一般认为在盒内的时间近似等于t2.2质谱仪质谱线：电荷量相同，而质量有微小差别的一些带电粒子经过电场加速，进入磁场后将沿着不同半径做圆周运动，而打在照相底片上不同的地方，在底片上形成若干线状的细条，叫质谱线带电粒子进入质谱仪的加速电场有qUmv2带电粒子进入质谱仪的偏转磁场有qvBm由得r，可见电荷量相同时
8、，半径将随质量变化3速度选择器(1)原理：如图所示，带电粒子所受重力可忽略不计，粒子在两板间同时受到电场力和洛伦兹力，只有当二力平衡时，粒子才不发生偏转，沿直线穿出两板间(2)速度选择：由qE=qvB得v=，只有满足v=的粒子才会从速度选择器中被选择出来(3)特点：速度选择器只选择速度(大小、方向)而不选择粒子的质量和电荷量，若粒子从另一方向入射则不能穿出速度选择器答案：活动与探究1：1.提示：(1)由左手定则判定知，偏转磁场应该垂直纸面向外(2)要使电子在B点，偏转磁场应该垂直纸面向里(3)要使电子从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该先垂直纸面向外并逐渐减小，然后垂直纸面向里并逐渐增大2提示：
9、电视机显像管应用了电子束磁偏转的原理，而示波管中电子束则是在电场中偏转，是电偏转的原理迁移与应用1：C解析：由安培定则可以判断出两个线圈的左端均是N极，磁感线分布如图所示再由左手定则判断出电子应向下偏转，C项正确活动与探究2：1.提示：为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使之能量不断提高，交流电压的周期必须等于带电粒子在回旋加速器中做匀速圆周运动的周期即T.因此，交流电压的周期由带电粒子的质量m、电荷量q和加速器中的磁场的磁感应强度B来决定2提示：由qvB和Ekmv2得Ek，当rR时，有最大动能Ekm(R为D形盒的半径)，即粒子在回旋加速器中获得的最大动能与q、m、B、R有关，与加速电压无
10、关迁移与应用2：ABC解析：由加速电场可知粒子所受电场力向下，即粒子带正电，在速度选择器中，电场力水平向右，洛伦兹力水平向左，如题图所示，因此速度选择器中磁场方向垂直纸面向外，B正确；经过速度选择器时满足qEqvB，可知能通过狭缝P的带电离子的速率等于E/B，带电离子进入磁场做匀速圆周运动则有Rmv/qB，可见当v相同时，R，所以可以用来区分同位素，且R越大，比荷就越小，D错误1在以下几幅图中，洛伦兹力的方向判断不正确的是()2对FqvBsin 的理解，下列说法正确的是()A当0时，电荷的运动方向与磁感应强度方向垂直B角是电荷的运动方向与磁感应强度方向的夹角C角是指运动电荷进入磁场时速度与水平
11、方向的夹角D角是指运动电荷进入磁场时速度与竖直方向的夹角3(2011哈尔滨九中期末)如图所示，电流从A点分两路通过对称的半圆支路汇合于B点，在圆环中心O处的磁感应强度为()A最大，垂直纸面向外B最大，垂直纸面向里C零D无法确定4(2011哈尔滨六中期末)一质量为m，电荷量为q的负电荷在磁感应强度为B的匀强磁场中绕固定的正电荷在光滑绝缘水平面上做匀速圆周运动，若磁场方向垂直于它的运动平面，且作用在负电荷上的电场力恰好是磁场力的三倍，则负电荷做圆周运动的角速度可能是()A. B.C. D.5(2011安徽两地三校联考)质量和电荷量都相同的两个粒子，以不同的速率垂直于磁感线方向射入匀强磁场中，两粒子的运动轨迹如图中、所示，粒子的重力不计，下列对两个粒子的运动速率v和在磁场中运动时间t及运动周期T、角速度的说法中不正确的是()Av1v2 Bt1t2CT1T2 D12答案：1C2.B3.C4.AC5.C提示：用最精炼的语言把你当堂掌握的核心知识的精华部分和基本技能的要领部分写下来并进行识记知识精华技能要领
