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2019-2020年高中物理第3章带电粒子在匀强磁场中的运动第2课时导学案新人教版选修3-1【学习目标】
1.知道质谱仪和回旋加速器的基本构造和工作原理,知道加速器的基本用途2.掌握带电粒子在磁场中的运动问题的解题方法,会分析多解问题、临界问题、极值问题【重点难点】
1.回旋加速器的工作原理
2.
2.带电粒子在磁场中的运动问题【学习内容】核心知识探究
1、试述质谱仪的工作原理,为何称为质谱仪?它的作用?
2、回旋加速器核心部件为______________(加匀强磁场)和_____________(加交变电场)回旋加速器是如何使带电粒子不断加速的?它的圆周运动周期与交流电周期应该具备什么关系?带电粒子射出加速器的最大速度取决于什么因素?它的加速时间又如何求?解题方法探究例1(速度选择器)、如图,是粒子速度选择器的原理示意图,如果粒子所具有的速率v=,那么 A.带正电粒子必须沿ab方向从左侧进入场区,才能沿直线通过B.带负电粒子必须沿ba方向从右侧进入场区,才能沿直线通过C.不论粒子电性如何,沿ab方向从左侧进入场区,都能沿直线通过D.不论粒子电性如何,沿ba方向从右侧进入场区,都能沿直线通过例2(质谱仪)、质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具.它的构造原理如图所示,离子源S生带电量为q的某种正离子,离子产生出米时的速度很小,可以看作是静止的,离子经过电压U加速后形成离子束流,然后垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场,沿着半圆周运动而到达记录它的照相底片P上.实验测得:它在P上的位置到入口处S1的距离为a,离子束流的电流为I.请回答卜列问题:1在时间t内射到照相底片P上的离子的数目为___.2单位时间穿过入口处S1离子束流的能量为________.3试证明这种离子的质量为.例3(回旋加速器)、用一回旋加速质子,半圆形D盒电极半径为
0.532m,盒内磁感应强度B=
1.64T,已知质子的质量m=
1.67×10-27㎏,电量q=
1.6×10-19C试求⑴所需高频交流电压的频率为多少?⑵质子能达到的最大能量是多少?例4(磁流体发电机)、目前世界上正在研究的新型发电机磁流体发电机的原理如图所示.设想在相距为d且足够长的甲、乙两金属板间加有垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场两板通过电键和灯泡相连将气体加热到使之高度电离.由于正负电荷一样多且带电量均为q故称为等离子体.将其以速度V喷入甲、乙两板之间这时甲、乙两板就会聚集电荷产生电压它可以直接把内能转化为电能.试问1图中哪个极板是发电机的正极2发电机的电动势多大3设喷入两极间的离子流每立方米有n对一价正负离子等离子体的截面积为S则发电机的最大功率多大【课堂小结与反思】【课后作业与练习】
1、如图,在xOy平面内,匀强电场的方向沿x轴正向,匀强磁场的方向垂直于xOy平面向里.一电子在xOy平面内运动时,速度方向保持不变.则电子的运动方向沿 A.x轴正向B.x轴负向C.y轴正向D.y轴负向
2、如图,某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场,电场方向水平向右,磁场方向垂直纸面向里,一带电微粒从a点进入场区并刚好能沿ab直线向上运动,下列说法中正确的是 A.微粒一定带负电B.微粒的动能一定减小C.微粒的电势能一定增加D.微粒的机械能一定增加
3、如图,连接两平行金属板的导线的一部分CD与另一回路的一段导线GH平行且均在纸面内,金属板置于磁场中,磁场方向垂直于纸面向里,当一束等离子体射入两金属板之间时,CD段导线受到力F的作用.则 A.若等离子体从右方射入,F向左B.若等离子体从右方射入,F向右C.若等离子体从左方射入,F向左D.若等离子体从左方射入,F向右
4、如图,回旋加速器D型盒的半径为R匀强磁场的磁感应强度为B,高频电场的电压为U,So为粒子源,S’为引出口若被加速粒子的质量为m,电荷量为q,设粒子加速时质量不变,且不考虑粒子从粒子源出来时具有的能量求⑴外加电场的变化周期为多少?⑵粒子从加速器中射出时所具有的能量?⑶粒子在加速器中被加速的时间共为多少?
5、质量为m带电量为q的小球套在竖直放置的绝缘杆上,球与杆间的动摩擦因数为μ匀强电场和匀强磁场的方向如图所示,电场强度为E,磁感应强度为B小球由静止释放后沿杆下滑设杆足够长,电场和磁场也足够大,求运动过程中小球的最大加速度和最大速度
6、如图所示,一个带电粒子第一次以初速度v0垂直场线进入只存在匀强电场的区域,第二次以同样的速度垂直进入之存在匀强磁场的区域,场区的宽度均为L偏转角度均为α,求E∶BLBEαv0。