高中物理 3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动（4）学案新人教版选修.doc

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1、§3.6带电粒子在匀强磁场中的运动（4）---洛伦兹力与现代科技【学习目标】1.掌握质谱仪和回旋加速器的构造及工作原理。2.了解霍尔效应并掌握其工作原理。【自主回顾】1．速度选择器(如图)(1)平行板间电场强度E和磁感应强度B互相.这种装置能把具有一定的粒子选择出来,所以叫做速度选择器．(2)粒子能够通过选择器的条件是qE＝qvB，即v＝.(3)速度选择器只选择速度(大小、方向)，而不选择粒子的质量和电荷量．(4)若射入的是正电荷，当v′＞v＝E/B时，则qv′B＞qE，粒子向偏转；当v′＜v＝E/B时，qv′B＜qE，粒子向偏转．2.磁流体发电机(如图) (1)磁流体发电是一项新兴技术，

2、它可以把能直接转化为能． (2)根据左手定则，如图中的B板是发电机． (3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁场磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U＝____.电源电阻r=ρd/S，外电阻R中的电流可由闭合电路欧姆定律求出，即I=E/(R+r)=BdvS/(RS+ρd)．3．电磁流量计(如图)(1)如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体流过导管．(2)原理：如图所示，圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷（正、负离子），在洛伦兹力的作用下横向偏转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受

3、的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，即：qvB=qE=qU/D，所以v=，因此液体流量所以Q=vS=。【学习活动】活动一、认识质谱仪1.构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等组成．2.原理图：如图所示．3.加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得：________＝mv24.偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：________＝5.由上述两式可以求出粒子的________、________、________等，其中由r＝可知电荷量相同时，半径将随________变化．6.质谱仪的应用：可以测定带电粒子的质量和分析

4、________．活动二、认识回旋加速器[问题设计]1．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用？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？[要点提炼](1)构造：如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接电源．D形盒处于匀强磁场中．(2)工作原理①电场加速qU＝.②磁场约束偏转qvB＝m，r＝.③加速条件：高频电源的周期与带电粒子在D形盒中运动的周期，即T电场＝T回旋＝.(3)决定其最终能量的因素由qvB＝，得Ekm＝，可见粒子获得的最大动能由和D形盒半径R决定，与加速电压____.[延伸思考]1.为什么带电粒子加速后的最大动

5、能与加速电压无关呢？2.回旋加速器能否无限制地给带电粒子加速？活动三、了解霍尔效应江苏2000年高考如图所示，厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中。当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U=K。式中的比例系数K称为霍尔系数。霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场。横向电场对电子施加一洛伦兹力方向相反的静电力。当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势

6、差。设电流I是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电量为e，回答下列问题：（1）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势下侧面A′的电势（填“高于”“低于”或“等于”）；（2）电子所受的洛伦兹力的大小为；（3）当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为；（4）由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数为K=，其中n代表导体板单位体积中电子的个数。活动四、典例精析例1　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B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2

7、.平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是(　　)A．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C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小例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的正电子(不计重力)，由