高中物理選修新課標(biāo)人教版選修3-1第三章36帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)案-wenkub
2022-11-30 23:11:09 本頁(yè)面
【正文】 子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 學(xué)會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式、周期公式，并會(huì)用它們解答有關(guān)問(wèn)題。 知道質(zhì)譜儀、回旋加速器的基本構(gòu)造、工作原理 及用途 。 總結(jié)： ① 軌道半徑和粒子的運(yùn)動(dòng)速率成正比， 磁場(chǎng)越強(qiáng)，軌跡半徑越小 。 ２．相對(duì)的弦切角（θ）相等，與相鄰的弦切角（θ ’）互補(bǔ)，即θ＋θ ’＝ 1800 （三）運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定 （ 1）如圖所示，粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，不論沿順時(shí)針方向還是逆時(shí)針方向， 從 A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 B點(diǎn)，粒子速度偏向角 (φ )等于圓心角 (回旋角α )并等于 AB 弦與切線的夾角 (弦切角θ )的 2倍 .即：φ =α =2θ =ω t. 利用圓心角 (回旋角α )與弦切角θ的關(guān)系，或者利用四邊形內(nèi)角和等于 360176。則電子的質(zhì)量是多少？電子穿過(guò)磁場(chǎng)的時(shí)間又是多少？ 2．質(zhì)譜儀和回旋加速器 (1)質(zhì)譜儀的工作原理 質(zhì)譜儀是利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)控制電荷運(yùn)動(dòng)的精密儀器，它是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具．其結(jié)構(gòu)如右圖所示，容器 A中含有電荷量相同而質(zhì)量有微小差別的帶電粒子．經(jīng)過(guò)S1和 S2之間的電場(chǎng)加速，它們進(jìn)入磁場(chǎng)將沿著不同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打到照相底片的不同地方，在底片上形成若干譜線狀的細(xì)條，叫做質(zhì)譜線．每一條譜線對(duì)應(yīng)于一定的質(zhì)量．從譜線的位置可以知道圓周的半徑，如果再已知帶電粒子的電荷量，就可以算 出它的質(zhì)量，這種儀器叫做質(zhì)譜儀． 可以求出帶電粒子的比荷 ⑵回旋加速器 ①基本用途： 1932年美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明 的回旋加速器 是利用電場(chǎng)對(duì)電荷的加速作用和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的偏轉(zhuǎn)作用，在較小的范圍內(nèi)來(lái)獲得高能粒子的裝置。因此，盡管粒子的速率和半徑一次比一次增大，運(yùn)動(dòng)周期 T 卻始終不變，這樣，如果在直線 AA、 A′A′處造成一個(gè)交變電場(chǎng)，使它以相同的周期 T 往復(fù)變化，那就可以保證粒子每經(jīng)過(guò)直線 AA 和 A′A′時(shí)都正好趕上適合的電場(chǎng)方向而被加速。 ⑥回旋加速器的核心 回旋加速器的核心部分是兩個(gè) D形的金屬扁盒 ， 如圖所示。 把兩個(gè) D 形盒分別接在高頻電源的兩極上，如果高頻電源的周期與帶電粒子在D 形盒中的運(yùn)動(dòng)周期相同，帶電粒子就可以不斷地被加速了 。 設(shè) D 形盒的半徑為 R，由 qvB＝ mv2R得，粒子可能獲得的最大動(dòng)能 Ekm＝12mvm2＝ (qBR)22m 可見：帶電粒子獲得的最大能量與 D 形盒半徑有關(guān)，由于受 D 形盒半徑 R的限制，帶電粒子在這種加速器中獲得的能量也是有限的。交變電場(chǎng)的頻率不再跟粒子運(yùn)動(dòng)的頻率一致，這就破壞了加速器的工作條件，進(jìn)一步提高粒子的速率就不可能了。)
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