2020高中物理 课题：§3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动3

2020高中物理 课题：§3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动3

课题：§3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动 （2） ‎ ‎【学习目标】：‎ ‎1、能准确表述回旋加速器的基本构造、工作原理及用途。‎ ‎2、能准确表述速度选择器的工作原理，学会处理带电粒子在复合场中做直线运动的问题。‎ ‎3、能表述质谱仪的工作原理并学会处理有关问题。‎ ‎4、学会带电粒子在匀强磁场中运动问题的处理方法并应用之。‎ ‎【学习重点】：‎ 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析、处理有关问题。‎ ‎【学习难点】：‎ 带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹。‎ ‎【自主预习】：‎ 当带电粒子q以速度v垂直进入匀强磁场中 ‎（1）粒子在匀强磁场中做什么运动?轨迹是什么？‎ ‎（2）、轨道半径和周期 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径及周期公式.‎ a、轨道半径r = b、周期T =‎ ‎【合作探究】：‎ 探究活动一：、回旋加速器工作原理:‎ ‎1、直线加速器 ‎①加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电的粒子动能增加，即qU＝ΔEk ‎②直线加速器的多级加速：教材101页图6-5所示的是多级加速装置的原理图，由动能定理可知，带电粒子经N级的电场加速后增加的动能，‎ ΔEk＝q(U1＋U2＋U3＋U4＋…Un)‎ ‎③直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间内制造直线加速器受到一定的限制。‎ ‎2、回旋加速器 ‎①由美国物理学家劳伦斯于1932年发明。‎ ‎②核心部件为两个D形盒(加匀强磁场)和其间的夹缝(加交变电场)。‎ ‎③加速原理：学生分析讨论“思考与讨论”‎ 磁场的作用：‎ 电场的作用：‎ 交变电压的作用：‎ 带电粒子经加速后的最终能量：(运动半径最大为D形盒的半径R)‎ 讨论：要提高带电粒子的最终能量，应采取什么措施？‎ 练习：一个用于加速质子的回旋加速器，其核心部分如图所示，D形盒半径为R，垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B，两盒分别与交流电源相连．下列说法正确的是(　　)．‎ A．质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大 B．质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大 C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值 D．不需要改变任何量，这个装置也能用于加速α粒子 探究活动二：质谱仪的工作原理 例1、如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U的加速电场，然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中，最后打到底片D上.‎ ‎(1)粒子进入磁场时的速率。‎ ‎(2)求粒子在磁场中运动的轨道半径。‎ 探究活动三：速度选择器的工作原理 例2：‎ 如图所示为一速度选择器，也称为滤速器的原理图．K为电子枪，由枪中沿KA方向射出的电子，速率大小不一．当电子通过方向互相垂直的匀强电场和磁场后，只有一定速率的电子能沿直线前进，并通过小孔S.设产生匀强电场的平行板间的电压为300 V，间距为‎5 cm，垂直于纸面的匀强磁场的磁感应强度为0.06 T，问：‎ ‎(1)磁场的指向应该向里还是向外？‎ ‎(2)速度为多大的电子才能通过小孔S?‎ 速度选择器的特点：‎ 探究活动四：典例分析 例3：一个负离子，质量为m，电荷量大小为q，以速率v垂直于屏S经过小孔O射入存在着匀强磁场的真空室中，如图所示。磁感应强度B的方向与离子的运动方向垂直，并垂直于图中纸面向里。‎ ‎(1)求离子进入磁场后到达屏S上时的位置与O点的距离。‎ ‎(2)如果离子进入磁场后经过时间t到达位置P，证明：直线OP与离子入射方向之间的夹角θ跟t的关系是θ＝t。‎ ‎【课堂小结】：‎ ‎【达标测评】：‎ ‎1、电子自静止开始经M、N板间(两板间的电压为u)的电场加速后从A点垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中，电子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L，如图所示。求匀强磁场的磁感应强度。(已知电子的质量为m，电量为e)‎ ‎2、质谱仪原理如图所示，a为粒子加速器，电压为U1；b为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，板间距离为d；c为偏转分离器，磁感应强度为B2.今有一质量为m、电荷量为e的正粒子(不计重力)，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动．求：‎ ‎(1)粒子的速度v为多少？‎ ‎(2)速度选择器的电压U2为多少？‎ ‎(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？‎