高中物理選修3-1第1部分 第三章《磁場》第5節(jié) 洛倫茲力的應用 教科

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歡迎進入物理課堂 第三章 第5節(jié) 理解教材新知 把握熱點考向 應用創(chuàng)新演練 知識點一 知識點二 知識點三 考向一 考向三 隨堂基礎鞏固 課時跟蹤訓練 考向二 1 帶電粒子在磁場中受到洛倫茲力作用 利用磁場可以控制帶電粒子的運動方向 但不能改變帶電粒子的速度大小 2 回旋加速器由兩個D形盒組成 帶電粒子在D形盒中做圓周運動 每次在兩D形盒之間的窄縫區(qū)域被電場加速 加速電場的周期與粒子運動周期相同 3 質譜儀把比荷不相等的粒子分開 并按比荷順序的大小排列 故稱之為 質譜 自學教材 1 實例如圖3 5 1所示為一具有圓形邊界 半徑為r的勻強磁場 磁感應強度大小為B 一個初速度大小為v0的帶電粒子 m q 沿該磁場的直徑方向從P點射入 在作用下從Q點離開磁場 圖3 5 1 洛倫茲力 圓心 B v0 方向 大小 重點詮釋 1 電偏轉和磁偏轉 1 電偏轉 利用電場對運動電荷施加電場力作用 從而控制其運動方向 2 磁偏轉 利用磁場對運動電荷施加洛倫茲力作用 從而控制其運動方向 2 電偏轉和磁偏轉的對比 1 2012 新泰高二檢測 一個帶電粒子以初速度v0垂直于電場方向向右射入勻強電場區(qū)域 穿出電場后接著又進入勻強磁場區(qū)域 設電場和磁場區(qū)域有明確的分界線 且分界線與電場強度方向平行 如圖3 5 2中的虛線所示 不計帶電粒子的重力 在圖3 5 2所示的幾種情況中 可能出現(xiàn)的是 圖3 5 2 解析 A C選項中粒子在電場中向下偏轉 所以粒子帶正電 再進入磁場后 A圖中粒子應逆時針轉 正確 C圖中粒子應順時針轉 錯誤 同理可以判斷B錯 D對 答案 AD 自學教材 1 比荷帶電粒子的電荷量與質量之比 也叫 2 質譜儀測定帶電粒子的儀器 荷質比 荷質比 3 構造如圖3 5 3所示 主要由離子源 S1上方 圖中未畫出 加速電場 狹縫S1與S2之間的電場 速度選擇器 S2與S3之間的裝置 偏轉磁場B2和照相底片等組成 圖3 5 3 重點詮釋 2 2012 溫州高二檢測 如圖3 5 4所示 在M N兩極板間有相互正交的勻強電場和勻強磁場 一束離子沿平行于極板方向進入兩板間沿直線運動 然后進入磁感應強度為B 的偏轉磁場內做半徑相同的勻速圓周運動 則這束離子必定具有相同的 圖3 5 4 A 速度B 電性C 質量D 比荷 答案 AD 1 構造 1 核心部分 兩個D形盒 中間留有窄縫 裝在巨大電磁鐵之間的真空容器里 如圖3 5 5所示 自學教材 2 粒子源 放于窄縫中心附近 3 磁場 方向垂直于金屬盒底面 4 電場 兩盒分別接在周期性變化的交流電源的兩極上 窄縫中形成方向可變的加速電場 方向垂直于窄縫 圖3 5 5 2 工作原理如圖3 5 6所示 1 磁場作用 帶電粒子磁場方向射入磁場時 只在洛倫茲力作用下做 其周期與和無關 2 交變電壓的作用 在兩D形盒狹縫間產生周期性變化的 使帶電粒子每經過一次狹縫加速一次 3 交變電壓的周期 或頻率 與帶電粒子在磁場中做圓周運動的周期 或頻率 圖3 5 6 垂直 勻速圓周運動 半徑 速率 電場 相同 重點詮釋 3 1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器 其原理如圖3 5 7所示 這臺加速器由兩個銅質D形盒D1 D2構成 其間留有空隙 下列說法正確的是 A 離子由加速器的中心附近進入加速器B 離子由加速器的邊緣進入加速器C 離子從磁場中獲得能量D 離子從電場中獲得能量 圖3 5 7 解析 離子從中心附近進入回旋加速器 通過電場加速做功 在磁場中偏轉 最后高速飛出加速器 故A D正確 答案 AD 例1 如圖3 5 8所示 勻強電場區(qū)域和勻強磁場區(qū)域是緊鄰的 且寬度相等均為d 電場方向在紙平面內 而磁場方向垂直紙面向里 一帶正電粒子從O點以速度v0沿垂直電場方向進入電場 在電場力的作用下發(fā)生偏轉 從A點離開電場進入磁場 離開電場時帶電粒子在電場方向的位移為電場寬度的一半 當粒子從C點穿出磁場時速度方向與進入電場O點時的速度方向一致 帶電粒子重力不計 求 圖3 5 8 1 粒子從C點穿出磁場時的速度v 2 電場強度E和磁感應強度B的比值E B 3 粒子在電 磁場中運動的總時間 審題指導 解答本題時應注意以下兩點 1 粒子在電場中做類平拋運動 2 粒子在磁場中做勻速圓周運動 1 對于帶電粒子在電場中做類平拋運動問題 一般從分析沿電場方向的勻加速直線運動和垂直于電場方向的勻速直線運動來解決問題 2 對于帶電粒子在磁場中的勻速圓周運動問題 一般要分析運動軌跡 找圓心 求半徑 分析圓心角 列相關方程解決問題 圖3 5 9 答案 C 例2 2012 棗莊高二檢測 如圖3 5 10所示為某種質譜儀的結構示意圖 其中加速電場的電壓為U 靜電分析器中與圓心O1等距各點的電場強度大小相同 方向沿徑向指向圓心O1 磁分析器中在以O2為圓心 圓心角為90 的扇形區(qū)域內 分布著方向垂直于紙面的勻強磁場 其左邊界與靜電分析器的右邊界平行 由離子源發(fā)出一質量為m 電荷量為q的正離子 初速度為零 重力不計 經加速 電場加速后 從M點沿垂直于該點的場強方向進入靜電分析器 在靜電分析器中 離子沿半徑為R的四分之一圓弧軌跡做勻速圓周運動 并從N點射出靜電分析器 而后離子由P點沿著既垂直于磁分析器的左邊界 又垂直于磁場方向射入磁分析器中 最后離子沿垂直于磁分析器下邊界的方向從Q點射出 并進入收集器 測量出Q點與圓心O2的距離為d 圖3 5 10 1 試求靜電分析器中離子運動軌跡處電場強度E的大小 2 試求磁分析器中磁場的磁感應強度B的大小和方向 審題指導 解答本題時應注意以下兩點 1 在靜電分析器中 電場力提供離子做圓周運動的向心力 2 在磁分析器中 洛倫茲力提供離子做圓周運動的向心力 質譜儀的原理中包括粒子的加速 力的平衡 速度選擇器 牛頓第二定律和勻速圓周運動等知識 分析粒子的運動過程 建立各運動階段的模型 理清各運動階段之間的聯(lián)系 是解決此類問題的關鍵 如果離子的質量為0 9m 電量仍為q 其他條件不變 那么這個離子射出電場和磁場的位置是否變化 請通過分析和數(shù)學推導說明你的結論 答案 見解析 例3 如圖3 5 11所示 回旋加速器D形盒的最大半徑為R 勻強磁場垂直穿過D形盒面 兩D形盒的間隙為d 一質量為m 帶電荷量為q的粒子每經過間隙時都被加速 加速電壓大小為U 粒子從靜止開始經多次加速 當速度達到v時 粒子從D形盒的邊緣處射出 求 圖3 5 11 1 磁場的磁感應強度B的大小 2 帶電粒子在磁場中運動的圈數(shù)n 3 粒子在磁場和電場中運動的總時間t 思路點撥 根據(jù)洛倫茲力公式可確定磁感應強度 由動能定理可求得電子被加速的次數(shù) 進而求出其運動周期 還要注意粒子在電場中運動的時間 2 一個用于加速質子的回旋加速器 其核心部分如圖3 5 12所示 D形盒半徑為R 垂直D形盒底面的勻強磁場的磁感應強度為B 兩盒分別與交流電源相連 下列說法正確的是 A 質子被加速后的最大速度隨B R的增大而增大B 質子被加速后的最大速度隨加速電壓的增大而增大C 只要R足夠大 質子的速度可以被加速到任意值D 不需要改變任何量 這個裝置也能用于加速 粒子 圖3 5 12 答案 A 點擊下圖片進入 隨堂基礎鞏固 點擊下圖片進入 課時跟蹤訓練 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全