20xx粵教版高中物理選修3-1第3章第6節(jié)洛侖茲力與現(xiàn)代技術(shù)(已修改)
2024-12-03 14:38 本頁面
【正文】 ?第六節(jié) 洛倫茲力與現(xiàn)代技術(shù) ? 1．下圖中帶電粒子所受洛倫茲力的方向向上的是 ( ) ?精 彩 回 眸 ? 【 答案 】 A [A圖中帶電粒子受力方向向上； B圖中帶電粒子受力方向向外； C圖中帶電粒子受力方向向左； D圖中帶電粒子受力方向向里． ] ? 2．初速度為 v0的電子，沿平行于通電長直導(dǎo)線的方向射出，直導(dǎo)線中電流方向與電子的初速度如圖 3－ 6－ 2所示 ( ) ? A．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變 ? B．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變 ? C．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變 ? D．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變 圖 3－ 6－ 2 ? 【 答案 】 A [本題考查洛倫茲力及是否對帶電粒子做功，只要明確了電子所處的磁場方向即可根據(jù)左手定則判斷出偏轉(zhuǎn)方向．根據(jù)以上分析，導(dǎo)線右方由安培定則知磁場方向垂直紙面向里；由左手定則可知，洛倫茲力向右，所以電子向右偏轉(zhuǎn)，洛倫茲力只改變速度方向，不改變速度大?。?] ? 一、帶電粒子在磁場中的運(yùn)動 ? 1．運(yùn)動軌跡 ? (1)勻速直線運(yùn)動：帶電粒子的速度方向與磁場方向平行 (相同或相反 )，此時(shí)帶電粒子所受洛倫茲力為 ____，粒子將以速度 v做勻速直線運(yùn)動． ?知 識 梳 理 0 (2) 勻速圓周運(yùn)動：帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場，由于洛倫茲力始終和運(yùn)動方向垂直，因此，帶電粒子速度大小不變，但是速度方向不斷在變化，所以帶電粒子做 ____ ______ 運(yùn)動，洛倫茲力提供 ________ ． 2 ．軌跡半徑和周期 由 F 向 ＝ f 得 q v B ＝ mv2R，所以有 R ＝ ___ _ _ __ ， T ＝ __ _ _____. 勻速圓周 向心力 mvqB 2πmqB ? 二、質(zhì)譜儀 ? 1．構(gòu)造 ? 如圖 3－ 6－ 3所示，主要由以下幾部分組成： ? ①帶電粒子注入器 ? ②加速電場 (U) ? ③ 速度選擇器 (B E) ? ④ 偏轉(zhuǎn)磁場 (B2) ? ⑤ 照相底片 圖 3－ 6－ 3 2 ．原理 利用磁場對帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，由帶電粒子的電荷量、軌道半徑確定其質(zhì)量，粒子由加速電場加速后進(jìn)入速度選擇器，勻速運(yùn)動，電場力和洛倫茲力平衡 ， qE ＝ q v B1， v ＝EB1，粒子勻速直線通過進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場 B2，偏轉(zhuǎn)半徑 r ＝m vqB2，可得比荷qm＝EB1B2r. ? 【 特別提醒 】 ① 速度選擇器兩極板間距離極小，粒子稍有偏轉(zhuǎn)，即打到極板上． ② 速度選擇器對正負(fù)電荷均適用． ③ 速度選擇器中的 E、 B1的方向具有確定的關(guān)系，僅改變其中一個(gè)方向，就不能對速度做出選擇． ? 三、回旋加速器 ? 1．結(jié)構(gòu)：回旋加速器主要由圓柱形磁極、兩個(gè) D形金屬盒、高頻交變電源、粒子源和粒子引出裝置等組成． ? 2．原理 圖 3－ 6－ 4 ? 回旋加速器的工作原理如圖 3－ 6－ 4所示．放在 A0處的粒子源發(fā)出一個(gè)帶正電的粒子，它以某一速率 v0垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場中，在磁場中做勻速圓周運(yùn)動．經(jīng)過半個(gè)周期，當(dāng)它沿著半圓 A0A1時(shí)，我們在 A1A1′處設(shè)置一個(gè)向上的電場，使這個(gè)帶電粒子在 A1A1′處受到一次電場的加速，速率由 v0增加到 v1，然后粒子以速率 v1在磁場中做勻速圓周運(yùn)動．我們知道，粒子的軌道半徑跟它的速率成正比，因而粒子將沿著增大了的圓周運(yùn)動．又經(jīng)過半個(gè)周期，當(dāng)它沿著半圓弧 A1′A2′到達(dá) A2′時(shí)，我們在 A2′A2處設(shè)置一個(gè)向下的電場，使粒子又一次受到電場的加速，速率增加到 v2， ? 如此繼續(xù)下去．每當(dāng)粒子運(yùn)動到 A1A1′、 A3A3′等處時(shí)都使它受到一個(gè)向上電場力加速，每當(dāng)粒子運(yùn)動到 A2′A A4′A4等處時(shí)都使它受到一個(gè)向下電場力加速，那么，粒子將沿著圖示的螺旋線回旋下去，速率將一步一步地增大． (1) 旋轉(zhuǎn)周期：與速率和半徑無關(guān)，且 T ＝2π mqB，而高頻電源的周期與粒子旋轉(zhuǎn)周期應(yīng)相等才能實(shí)現(xiàn)回旋加速，故高頻 電源周期 T 電 ＝2π mqB. (2) 最大動能：由于 D 形盒的半徑 R 一定，由 vm＝qBRm
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