洛伦兹力与现代科技课件(沪科版选修3-1).ppt

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1、56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),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

2、一定的质量.,不同半径,谱线,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

3、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561所示，D1和D2是两个中空的半径为R的半圆金属盒，,图561,它们接在电压一定、频率为f的交流电源上,位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子(初速度可以忽略

4、，重力不计),它们在两盒之间被电场加速，D1、D2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,

5、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562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(B1，E)；偏转磁场(B2)；照相底片,图562,质谱仪原理如图563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的正电子(不计重力)，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器,图563,粒子进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动求：(

6、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？,【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564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564,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S1的距离为x.下列说法中正确的是(

7、)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565甲所示，宽度为d的竖直狭长区域内(边界为L1、L2)，,图565,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E0，E0表示电场方向竖直向上t0时,一带正电、质量为m的微粒从左边界上的N1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N2点Q为线段N1N2的中点,重力加速

8、度为g.上述d、E0、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：,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22.8 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101000 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,本部分内容讲解结束,按ESC键退出全屏播放,