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高中物理高中物理选修选修3-1粤教版粤教版第三章第三章 磁磁 场场学案学案5 洛伦兹力与现代技术洛伦兹力与现代技术学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结123学案学案5 洛伦兹力与现代技术洛伦兹力与现代技术 理解带电粒子在理解带电粒子在B与与v垂直时做匀速圆周运动垂直时做匀速圆周运动. 会推导带电粒子仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运会推导带电粒子仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动的半径和周期，并用它解答有关问题动的半径和周期，并用它解答有关问题. 知道回旋加速器和质谱仪的构造和原理知道回旋加速器和质谱仪的构造和原理. 学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动如图所示如图所示的装置是用来掩饰电子在匀强的装置是用来掩饰电子在匀强磁场中运动轨迹的装置磁场中运动轨迹的装置(1)(1)不加磁场时，电子的运动轨迹如何？加上磁场时，电不加磁场时，电子的运动轨迹如何？加上磁场时，电子的运动轨迹如何？子的运动轨迹如何？(2)(2)如果保持出射电子的速度不变，增大磁感应强度，轨如果保持出射电子的速度不变，增大磁感应强度，轨迹圆半径如何变化？如果保持磁感应强度不变，增大出迹圆半径如何变化？如果保持磁感应强度不变，增大出射电子的速度，圆半径如何变化？射电子的速度，圆半径如何变化？答案答案(1)一条直线一个圆周一条直线一个圆周 (2)减小增大减小增大学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结二、二、质谱仪质谱仪学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结三三、回旋加速器、回旋加速器1回旋加速器主要由哪几部分组成？回旋加速器主要由哪几部分组成？回旋加速器中磁场和电场分别起什么作回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？用？答案两个答案两个D形盒形盒、强电磁铁、交变电、强电磁铁、交变电源、粒子源、引出装置等源、粒子源、引出装置等磁场的作用磁场的作用是使带电粒子回旋，电场的作用是使带是使带电粒子回旋，电场的作用是使带电粒子加速电粒子加速2对交流电源的周期有什么要求？带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？对交流电源的周期有什么要求？带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结学案学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动要点提炼要点提炼1回旋加速器中交流电源的周期等于带电粒子在磁场中运动的周期回旋加速器中交流电源的周期等于带电粒子在磁场中运动的周期延伸思考延伸思考为什么带电粒子加速后的最大动能与加速电压无关呢？为什么带电粒子加速后的最大动能与加速电压无关呢？答案加速电压高时，粒子在加速器中旋转的圈数较少，而加速电压低时答案加速电压高时，粒子在加速器中旋转的圈数较少，而加速电压低时,粒子在粒子在加速器中旋转的圈数较多加速器中旋转的圈数较多,最终粒子离开加速器时的速度与加速电压无关最终粒子离开加速器时的速度与加速电压无关. 学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结四四 、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题的分析、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题的分析1圆心的确定方法：两线定一点圆心的确定方法：两线定一点(1)圆心一定在垂直于速度的直线上圆心一定在垂直于速度的直线上如图甲所示，已知入射点如图甲所示，已知入射点P(或出射点或出射点M)的速度方向，可通过入射点和出射点作速的速度方向，可通过入射点和出射点作速度的垂线，两条直线的交点就是圆心度的垂线，两条直线的交点就是圆心(2)圆心一定在弦的中垂线上圆心一定在弦的中垂线上如图乙所示，作如图乙所示，作P、M连线的中垂线，连线的中垂线，与其中一个速度的垂线的交点为圆心与其中一个速度的垂线的交点为圆心OO学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结2半径的确定半径的确定半径的计算一般利用几何知识解直角三角形做题时一定要做好辅助线，由圆半径的计算一般利用几何知识解直角三角形做题时一定要做好辅助线，由圆的半径和其他几何边构成直角三角形的半径和其他几何边构成直角三角形3粒子在磁场中运动时间的确定粒子在磁场中运动时间的确定学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结一、带电粒子在磁场中运动的基一、带电粒子在磁场中运动的基本问题本问题学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结二、对质谱仪和回旋加速器原理二、对质谱仪和回旋加速器原理的理解的理解例例2 (单选单选) 如图是质谱仪的工作原理示意图如图是质谱仪的工作原理示意图,带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场的磁器速度选择器内相互正交的匀强磁场的磁感应强度和匀强电场的场强分别为感应强度和匀强电场的场强分别为B和和E.平平板板S上有可让粒子通过的狭缝上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位和记录粒子位置的胶片置的胶片A1A2.平板平板S下方有磁感应强度为下方有磁感应强度为B0的匀强磁场下列表述错误的是的匀强磁场下列表述错误的是 ( )A质谱仪是分析同位素的重要工具质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝能通过狭缝P的带电粒子的速率等于的带电粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小粒子的比荷越小qEqvBqvBEq,得：得：v=E/BD学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结例例3 回旋加速器是用来加速一群带电粒回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器，其核心子使它们获得很大动能的仪器，其核心部分是两个部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒内一高频交流电源两极相接，以便在盒内的狭缝中形成匀强电场，使粒子每次穿的狭缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝时都得到加速，两盒放在磁感应过狭缝时都得到加速，两盒放在磁感应强度为强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量，质量为为m，粒子最大回旋半径为，粒子最大回旋半径为Rmax.求：求：(1)粒子在盒内做何种运动；粒子在盒内做何种运动；(2)所加交变电流频率及粒子角速度；所加交变电流频率及粒子角速度；(3)粒子离开加速器时的最大速度及最大粒子离开加速器时的最大速度及最大动能动能解析解析(1)带电粒子在盒内做匀速圆带电粒子在盒内做匀速圆周运动，每次加速之后半径变大周运动，每次加速之后半径变大学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结方法点拨回旋加速器中粒子每旋转方法点拨回旋加速器中粒子每旋转一周被加速两次，粒子射出时的最大一周被加速两次，粒子射出时的最大速度速度(动能动能)由磁感应强度和由磁感应强度和D形盒的形盒的半径决定，与加速电压无关半径决定，与加速电压无关.三、带电粒子在匀强磁场中的匀三、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题速圆周运动问题例例4 如图所示，一束电荷量为如图所示，一束电荷量为e的电子的电子以垂直于磁感应强度以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边并垂直于磁场边界的速度界的速度v射入宽度为射入宽度为d的匀强磁场中，的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为夹角为60，求电子的质量和穿越，求电子的质量和穿越磁场的时间磁场的时间Or已知：已知：v，可用，可用t=l/v求时间求时间学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结2 339rldt vvv带电粒子在带电粒子在匀强磁场中匀强磁场中的运动的运动运动规律：运动规律：应用应用质谱仪质谱仪回旋加速器回旋加速器圆周运动问题分析方法：圆周运动问题分析方法： 确定圆心、半径确定圆心、半径学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结1(对回旋加速器原理的理解对回旋加速器原理的理解)(双选双选)在在回旋加速器中回旋加速器中 ()A电场用来加速带电粒子，磁场则使电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋带电粒子回旋B电场和磁场同时用来加速带电粒子电场和磁场同时用来加速带电粒子C磁场相同的条件下，回旋加速器的磁场相同的条件下，回旋加速器的半径越大，则带电粒子获得的动能越大半径越大，则带电粒子获得的动能越大D同一带电粒子获得的最大动能只与同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的大小有关，而与交流电压的交流电压的大小有关，而与交流电压的频率无关频率无关f永不做功永不做功AC2.(带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题动问题) (单选单选)如图所示，有界匀强磁如图所示，有界匀强磁场边界线场边界线SPMN，速率不同的同种带，速率不同的同种带电粒子从电粒子从S点沿点沿SP方向同时射入磁场方向同时射入磁场其中穿过其中穿过a点的粒子速度点的粒子速度v1与与MN垂直；垂直；穿过穿过b点的粒子速度点的粒子速度v2与与MN成成60角，角，设粒子从设粒子从S到到a、b所需时间分别为所需时间分别为t1和和t2,则则t1 t2为为(重力不计重力不计) ()A13 B43 C11 D32O1O2/2/3D学习目标学习目标知识储备知识储备学习探究学习探究典例精析典例精析自我检测自我检测课堂小结课堂小结t
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