新課標(biāo)教科版3-1選修三35《洛倫茲力的應(yīng)用》2-全文預(yù)覽
【正文】 粒子獲 得的能量并不太高．美國物理學(xué)家勞倫斯于 1932年發(fā)明了回旋加速器，巧妙地利用較低的高頻電源對(duì)粒子多次加速使之獲得巨大能量，為此在1939年勞倫斯獲諾貝爾物理獎(jiǎng)．那么回旋加速器的工作原理是什么呢？ 教師講解回旋加速器的原理，其間 應(yīng)使學(xué)生明白下面兩個(gè)問題： （ 1）在狹縫 A′A′與 AA之間，有方向不斷做周期變化的電場(chǎng)，其 作用是當(dāng)粒子經(jīng)過狹縫時(shí)，電源恰好提供正向電壓，使粒子在電場(chǎng)中加速．狹縫的兩側(cè)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其作用是當(dāng)被加速后的粒子射入磁場(chǎng)后，做圓運(yùn)動(dòng)，經(jīng)半個(gè) 圓周又回到狹縫處，使之射入電場(chǎng)再次加速． （ 2）粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與速率成正比，隨著每次 加速，半徑不斷增大，而粒子運(yùn)動(dòng)的周期與半徑、速率無關(guān)，所以每隔相 同的時(shí)間（半個(gè)周期）回到狹縫處，只要電源以相同的周期變化其方向，就 可使粒子每到狹縫處剛好得到正向電壓而加速． 縫狹窄的原因是粒子每次過狹縫的時(shí)間是變化的，距離短可以使經(jīng)過縫中電場(chǎng)的時(shí)間短到可以忽略不計(jì)。 一般粒子的速度是通過電壓加速獲得的，下面我們?cè)诤诎鍒D上加一個(gè)加速電壓． 要 使帶正 電的粒子加速，則哪板接正極，哪板接負(fù)極？ —— 左板接正，右板接負(fù)．若加速電壓為 U，粒子帶電量為 q，質(zhì)量為 m，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感強(qiáng)度為 B．大致畫出正粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡、圓心位置，求出半徑大?。▽W(xué)生練習(xí)，教師巡視，學(xué)生回答，畫 出正粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡） 可得： 從 這個(gè) 公 式 中 有什么發(fā)現(xiàn)嗎？ —— 只要測(cè)出加速電壓、磁感強(qiáng)度及偏轉(zhuǎn)半徑，就可測(cè)定粒子的電量和質(zhì)量比．我們把粒子的電量和質(zhì)量比叫做粒子的荷質(zhì)比，質(zhì)譜儀就是利用這個(gè)原理來測(cè)定粒子的荷質(zhì)比的，很多同位素就是在質(zhì)譜儀中首先被發(fā)現(xiàn)的． 參書 P141/分析 例 3： 如圖所示，在 y＜ 0 的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于 xOy 平面并指向紙面外，磁感 應(yīng) 強(qiáng)度為 B，一帶正電的粒子以速度v0 從 O 點(diǎn)射 入磁場(chǎng)，入射 方向在 xOy 平面內(nèi)，與 x軸正向的夾角為 置與 O 點(diǎn)距離為 1，求該粒子的電量和質(zhì)量之比 q /m.(2021 年全國高 考試題 )答案 : lBsin2v0 ? 例 4： 如圖， 在兩長(zhǎng)為 L，間距為 d的平行板之間有勻強(qiáng)磁場(chǎng) B，一 個(gè) 電子從 a板的邊緣以平行于板的速度 垂直進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域， 求要 使粒子不打在板上，求粒子的速度范圍和在板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。 ③ 如果粒子進(jìn)入了非勻強(qiáng)的磁場(chǎng)區(qū)域，又該做什么樣的運(yùn)動(dòng)。這是一個(gè)非常 重 要的規(guī)律，遺憾的是我們無法用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證它，因?yàn)榱Ｗ犹。疫\(yùn)動(dòng)的時(shí) 間實(shí)在是太快了，我們的實(shí)驗(yàn)精度無法測(cè)量。 那么粒子做什么 曲線 運(yùn)動(dòng)呢？ 是不是向電場(chǎng)中一樣的平拋運(yùn)動(dòng)？ —— 不是，平拋必須是恒力作用下的運(yùn)動(dòng)，象勻強(qiáng)電場(chǎng)中的電場(chǎng)力或重力，但 洛侖茲力 會(huì)隨速度的方向改變而改變， 是變力。 【教學(xué)重點(diǎn)】 掌握 運(yùn)動(dòng)電荷 在磁場(chǎng)中 圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期的 計(jì)算公式以及 運(yùn)用公式分析各種實(shí)際問題。 4. 了解帶電粒子在磁
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