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1、4.洛伦兹力的应用洛伦兹力的应用必必备知知识自主学自主学习关关键能力能力合作探究合作探究随堂演随堂演练自主自主检测课标要求1了解洛伦兹力在现代科技中的应用，知道如何利用磁场控制带电粒子的运动2了解速度选择器、质谱仪和回旋加速器的工作原理思维导图必必备知知识自主学自主学习一、利用磁场控制带电粒子运动1特点：只改变带电粒子的_，不改变带电粒子的_2应用：早期电视机使用的显像管，利用随电视信号变化的_控制电子束的运动路径运动方向速度大小磁场二、质谱仪1原理：如图所示qvB2质量化学物质同位素三、回旋加速器1工作原理如图所示，D1和D2是两个中空的半圆金属盒，它们之间有一定的电势差U.A处的粒子源产生
2、的带电粒子在两盒之间被电场加速D1、D2处于与盒面垂直的匀强磁场B中，粒子在磁场中做匀速圆周运动经半个圆周(半个周期)后，当粒子再次到达两盒间的缝隙时，这时控制两盒间电势差，使其恰好改变正负，于是粒子在盒缝间再次被加速如果粒子每次通过盒间缝隙均能被加速，粒子速度就能够增加到很大2周期粒子每经过一次加速，其轨道半径就增大一些，但粒子绕圆周运动的周期_3加速条件：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和_的周期相同4最大速度vm_(其中R为D形盒的半径)不变交变电场关关键能力能力合作探究合作探究探究点一质谱仪导学探究(1)一束质量、速度和电荷量不同的正离子垂直地射入匀强磁场和匀强电场正交的区域，结果
3、发现有些离子保持原来的运动方向，未发生任何偏转，它们速度有什么特点？(2)如果让这些不偏转离子进入另一匀强磁场中，发现这些离子又分裂成几束，对这些进入另一磁场的离子，它们的比荷是否相同？提示：(1)相等(2)不同归纳总结1.电场和磁场都能对带电粒子施加影响，电场既能使带电粒子加速，又能使带电粒子偏转；磁场虽不能使带电粒子速率变化，但能使带电粒子发生偏转2质谱仪的工作原理是将粒子源产生的带电粒子，经同一电场加速后再经速度选择器进入同一磁场偏转，从而求出粒子的比荷素养训练1(多选)质谱仪的原理如图所示，虚线AD上方区域处在垂直纸面向外的匀强磁场中，C、D处有一荧光屏同位素离子源产生a、b两种电荷量
4、相同的离子，无初速度进入加速电场，经同一电压加速后，垂直进入磁场，a离子恰好打在荧光屏C点，b离子恰好打在D点离子重力不计则()Aa离子质量比b的大Ba离子质量比b的小Ca离子在磁场中的运动时间比b的短Da、b离子在磁场中的运动时间相等答案：BC答案：B探究点二回旋加速器导学探究(1)带电粒子在D形盒内做圆周运动的周期随半径的增大是否发生变化？(2)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，所加交变电压的周期与粒子做圆周运动的周期有何关系？提示：(1)不变(2)相同典例示范例 2 回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属盒，两盒分别和一
5、高频交流电源两极相接，以便在盒内的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝时都得到加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rmax.求：(1)粒子在盒内做何种运动；(2)所加交流电源频率及粒子运动的角速度大小；(3)粒子离开加速器时的最大速度及最大动能素养训练3(多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示设D形盒半径为R，若
6、用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f，则下列说法正确的是()A.质子被加速后的最大速度不可能超过2fRB质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关C只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值D不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速粒子答案：AB素养训练4(多选)用回旋加速器来加速质子，为了使质子获得的动能增加为原来的4倍，原则上可以采用的方法为()A将其磁感应强度增大为原来的2倍B将其磁感应强度增大为原来的4倍C将D形盒的半径增大为原来的2倍D将D形盒的半径增大为原来的4倍答案：AC随堂演随堂演练自主自主检测1.如图所示为质谱仪的示意图，速度选择器(也称滤速
7、器)中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直纸面向外在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1入射到速度选择器中，若m甲m乙m丙m丁，v甲v乙v丙U2，两个相同的带电粒子分别从这两个加速器的中心由静止开始运动，设两个粒子在加速器中的运动的时间分别为t1和t2(在盒缝间加速时间忽略不计)，获得的最大动能分别为Ek1和Ek2，则()At1Ek2 Bt1t2，Ek1Ek2Ct1t2，Ek1Ek2答案：C答案：ABC4.(多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底面的匀强磁场中，如图所示要增大带电粒子射出时的动能，重力不计，下列说法中正确的是()A增加交流电的电压B增大磁感应强度C改变磁场方向D增大加速器的半径答案：BD
