20xx-20xx學年滬科版選修3-1學案：第5章磁場與回旋加速器56洛倫茲力與現(xiàn)代科技學案含答案-展示頁
2024-12-21 15:36本頁面
【正文】 qvB＝ mv2r ， r＝mv，偏轉(zhuǎn)半徑越?。? [合作探討 ] 探討 1：質(zhì)譜儀為什么能將不同種類的帶電粒子分辨出來？ 【提示】 將質(zhì)量不同、電荷不同的帶電粒子經(jīng)電場加速后進入偏轉(zhuǎn)磁場．各粒子由于軌道半徑不同而分離，其軌道半徑 r＝ mvqB＝ 2mEkqB ＝ 2mqUqB ＝ 1B 2mUq . 探討 2：帶電粒子在質(zhì)譜儀中的運動可分為幾個階段？遵循什么運動規(guī)律？ 【提示】 帶電粒子的運動分為三個階段： 第一階段在加速電場中加速，遵循動能定理． 第二階段在速度選擇器中通過，遵循勻速直線運動規(guī)律． 第三階段在磁場中偏轉(zhuǎn)，遵循勻速圓周運動的規(guī)律． [核心點擊 ] 1．帶電粒子在質(zhì)譜儀中的運動如圖 5173。6 所示， S1與 S2之間為 加速 電場； S2與 S3之間的裝置叫 速度 選擇器，它要求 E與 B1垂直 且 E方向向右時， B1垂直紙面 向外 (若 E反向， B1也必須 反向 )； S3下方為 偏轉(zhuǎn) 磁場． 圖 5173。5 (1)盒內(nèi)有無電場？ (2)離子在盒內(nèi)做何種運動？ (3)所加交流電頻率應(yīng)是多大，離子角速度為多大？ (4)離子離開加速器時速度為多大，最大動能為多少？ 【解析】 (1)扁形盒由金屬導體制成，扁形盒可屏蔽外電場，盒內(nèi)只有磁場而無電場． (2)離子在盒內(nèi)做勻速圓周運動，每次加速之后半徑變大． (3)離子在電場中運動時間極短，因此高頻交流電壓頻率要等于離子回旋頻率 f＝ qB2π m， 角速度 ω ＝ 2π f＝ qBm . (4)離子最大回旋半徑為 R，由牛頓第二定律得 qvmB＝ mv2mR ，其最大速度為 vm＝qBRm ，故最大動能 Ekm＝ 12mv2m＝ q2B2R22m . 【答案】 (1)見解析 (2)勻速圓周運動 (3) qB2π m qBm (4)qBRm q2B2R22m 分析回旋加速器應(yīng)注意的問題 (1)洛倫茲力永不做功，磁場的作用是讓帶電粒子 “ 轉(zhuǎn)圈圈 ” ，電場的作用是加速帶電粒子． (2)兩 D 形盒狹縫所加的是與帶電粒子做勻速圓周運動周期相同的交流電，且粒子每次過狹縫時均為加速電壓． (3)若將粒子在電場中的運動合起來看，可等效為勻加速直線運動，末速度由 r＝ mvqB得到，加速度由 a＝ qUdm得到 (d為兩 D形盒間距 )，則 t1＝ va＝ BdrU . 質(zhì) 譜 儀 [先填空 ] 1．原理圖及特點 如圖 5173。5 所示．問： 【導學號： 29682034】 圖 5173。4 A．離子由加速器的中心附近進入加速器
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