洛伦兹力与现代科技课件(沪科版

栏目导引,新知初探,自学导引,要点探究,讲练互动,热点示例,创新拓展,名师讲坛,精品资源,知能演练,轻松闯关,第,5,章磁场与回旋加速器,5,6,洛伦兹力与现代科技,目标导航,1.,了解洛伦兹力在现代科技中的广泛应用,2,知道回旋加速器和质谱仪的构造及工作原,理,(,重点、难点,),新知初探自学导引,一、回旋加速器,1,发明：,1930,年美国的,_,制成世界上,第一台回旋加速器,2,构成：回旋加速器核心部分是两个,_,它们之间有一间隙,_,方向,垂直于,D,形盒的底面,交变电场在,_,劳伦斯,D,形金属扁盒,磁场,狭缝间,3,原理：利用,_,使带电粒子做圆周运动,用,_,实现对带电粒子加速的原理制,成的,二、质谱仪,1,发明：质谱仪是由,_,发明的，用来,分析,_,和测量带电粒子,_,磁场,交变电场,阿斯顿,同位素,质量,2,原理：粒子经电场加速后，进入磁场将沿,_,做圆周运动，打在底片上形成若,干条细线，称为,_,，每一条谱线对应于,一定的质量,.,不同半径,谱线,要点探究讲练互动,要点,1,对回旋加速器的理解,学案导引,1,经回旋加速器加速的粒子的速度跟哪些因,素有关？,2,回旋加速器中粒子的半径越来越大，周期如,何变化？运动周期与加速电场周期有何关系？,1,工作原理,利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运,动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过,程在回旋加速器的核心部件,两个,D,形盒和,其间的窄缝内完成,(1),磁场的作用,带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强,磁场后,在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，,(3),交变电压,为保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，,使其能量不断提高，需在窄缝两侧加上跟带,电粒子在,D,形盒中运动周期相同的交变电压,2,带电粒子的最终能量,特别提醒,：,(1),带电粒子在电场中的加速时间可,以忽略不计,因为两个,D,形盒之间的缝隙很小,加,速效果取决于加速电压,与缝隙宽度无关,(2),回旋加速器也不可能将粒子速度无限提高，,当粒子的速度可与光速相比拟时，相对论效应,就会显现，粒子的质量、运动周期都会发生变,化，导致电场变化频率与粒子运动频率不同步,此时回旋加速器失去工作的条件,(2011,高考天津理综卷改编,),回旋加速器,在核科学、核技术、核医学等高新技术领域,得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技,术的发展回旋加速器的,原理如图,5,6,1,所示，,D,1,和,D,2,是两个中空的半,径为,R,的半圆金属盒，,例,1,图,5,6,1,它们接在电压一定、频率为,f,的交流电源上,位,于,D,1,圆心处的质子源,A,能不断产生质子,(,初速,度可以忽略，重力不计,),它们在两盒之间被电,场加速，,D,1,、,D,2,置于与盒面垂直的磁感应强,度为,B,的匀强磁场中若质子束从回旋加速器,输出时的平均功率为,P,求输出时质子束的等效,电流,I,与,R,、,B,、,P,、,f,的关系式,(,忽略质子在电,场中的运动时间，其最大速度远小于光速,),【,审题指导,】,解此题要理解带电粒子在回旋加速器的运动规律及电磁场的特点，同时掌握等效电流的计算方法,【,精讲精析,】,设质子质量为,m,，电荷量为,q,，,质子离开加速器时速度大小为,v,，由牛顿第二,定律知,【,规律总结,】,(1),回旋加速器原理就是带电,粒子在匀强电场中加速，在匀强磁场中做圆,周运动，使粒子偏转,(2),带电粒子在回旋加速器中运动的最大速度,与,D,形盒半径有关，与所加电压大小无关,变式训练,要点,2,质谱仪的理解,学案导引,质谱仪靠什么将不同的粒子分开？能分析带,负电粒子吗？若能，应做哪些调整？,1,质谱仪,质谱仪是一种分析同位素和测量带电粒子质,量的仪器,2.,构造,如图,5,6,2,所示，质谱仪主要由以下几部分,组成：,带电粒子注入器；,加速电场,(,U,),；,速度选,择器,(,B,1,，,E,),；,偏转磁场,(,B,2,),；,照相底片,图,5,6,2,质谱仪原理如图,5,6,3,所示，,a,为粒,子加速器，电压为,U,1,；,b,为速度选择器，磁场,与电场正交,磁感应强度为,B,1,，板间距离为,d,；,c,为偏转分离器,磁感应强,度为,B,2,.,今有一质量为,m,、,电荷量为,e,的正电子,(,不,计重力,),，经加速后，,该粒子恰能通过速度选择器,例,2,图,5,6,3,粒子进入分离器后做半径为,R,的匀速圆周运,动求：,(1),粒子的速度,v,为多少？,(2),速度选择器的电压,U,2,为多少？,(3),粒子在,B,2,磁场中做匀速圆周运动的半径,R,为多大？,【,思路点拨,】,解答本题时可按以下思路分析：,【,方法指引,】,解答此类问题要做到：,(1),对带电粒子进行正确的受力分析和运动过,程分析；,(2),选取合适的规律，建立方程求解,变式训练,2,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,5,6,4,所示离子源,S,可以发出,各种不同的正离子束，,离子从,S,出来时速度很小，,可以认为是静止的,图,5,6,4,离子经过加速电场加速后垂直进入有界匀强,磁场,(,图中实线框所示,),，并沿着半圆周运动到,达照相底片上的,P,点，测得,P,点到入口处,S,1,的,距离为,x,.,下列说法中正确的是,(,),A,若离子束是同位素，则,x,越大，离子的质,量越大,B,若离子束是同位素，则,x,越大，离子的质,量越小,C,只要,x,相同，则离子的质量一定相同,D,只要,x,相同，则离子的比荷一定相同,带电粒子在复合场中的运动,经典案例,(12,分,)(2012,银川高二检测,),如图,5,6,5,甲所示，宽度为,d,的竖直狭长区域内,(,边,界为,L,1,、,L,2,),，,热点示例创新拓展,图,5,6,5,存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的,周期性变化的电场,(,如图乙所示,),电场强度的大,小为,E,0,，,E,0,表示电场方向竖直向上,t,0,时,一带正电、质量为,m,的微粒从左边界上的,N,1,点以,水平速度,v,射入该区域,沿直线运动到,Q,点后,做一,次完整的圆周运动,再沿直线运动到右边界上的,N,2,点,Q,为线段,N,1,N,2,的中点,重力加速度为,g,.,上,述,d,、,E,0,、,m,、,v,、,g,为已知量求：,(1),微粒所带电荷量,q,和磁感应强度,B,的大小；,(2),电场变化的周期,T,.,【思路点拨】,解答本题时可按以下思路分析：,【,借题发挥,】,带电粒子在复合场中运动时,其运动状态是由粒子所受电场力、洛伦兹力,和重力的共同作用来决定的，对于有轨道约,束的运动，还要考虑弹力、摩擦力对运动的,影响，带电粒子在复合场中的运动情况及解,题方法如下：,名师讲坛精品资源,我国的回旋加速器,我国第一台回旋加速器于,1958,年在中国原子能,科学研究院建成，与我国第一台重水反应堆并,称为,“,一堆一器,”,，是我国步入原子能时代的,标志它曾连续运行三十几年，为我国低能核,物理基础与应用研究做出了历史性贡献，培养,了大批人才，取得了丰硕的科研成果,我国自主研制的第一台生产放射性同位素的,回旋加速器，,1996,年,5,月,9,日通过了国家计委,的验收这表明我国的回旋加速器研制技术,跨进了,90,年代国际先进水平我国第一台回,旋加速器主磁铁景观工程于,2007,年,7,月,27,日竣,工验收,我国,1989,年研制成的北京正负电子对撞机，,能使电子能量达到,2,2.8 GeV.,现代的高能加,速器基本上都是对撞机，它们把产生高能反,应的等效能量提高到,10,1000 TeV.,从,20,世纪,30,年代至今，加速器的能量提高了,9,个数量级，每单位能量的造价降低了约,4,个数,量级，全世界有多位科学家因此获得了诺贝,尔物理学奖,知能演练轻松闯关,本部分内容讲解结束,按,ESC,键退出全屏播放,