第六節(jié) 洛倫茲力與現(xiàn)代技術(shù)
[學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求]
物理觀念:1.掌握帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.2.知道質(zhì)譜儀、回旋加速器的構(gòu)造和工作原理.
科學(xué)思維:1.掌握帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法,會(huì)推導(dǎo)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式.2.會(huì)利用相關(guān)規(guī)律解決質(zhì)譜儀、回旋加速器問題.
一、帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)
1.實(shí)驗(yàn)探究:
(1)洛倫茲力演示儀:電子射線管內(nèi)的電子槍(即陰極)發(fā)射出電子束,使管內(nèi)的氫氣發(fā)出輝光,這樣就可顯示出電子的徑跡.
(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:
①當(dāng)沒有磁場作用時(shí),電子的運(yùn)動(dòng)軌跡是直線.
②當(dāng)電子垂直射入磁場時(shí),電子的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓.
2.帶電粒子在洛倫茲力作用下的圓周運(yùn)動(dòng):
(1)運(yùn)動(dòng)性質(zhì):勻速圓周運(yùn)動(dòng).
(2)向心力:由洛倫茲力提供,即qvB=m.
(3)半徑:r=.
(4)周期:T=,周期與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比,與軌道半徑r和速率v無關(guān).
二、質(zhì)譜儀
圖1為質(zhì)譜儀工作原理示意圖.
圖1
1.結(jié)構(gòu)
質(zhì)譜儀主要由粒子源、加速電場、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場和照相底片等幾部分組成.
2.原理
(1)加速:S1和S2之間存在著加速電場,粒子在該區(qū)域內(nèi)被加速,由動(dòng)能定理:qU=mv2.
(2)勻速直線運(yùn)動(dòng):P1、P2之間存在著互相正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場.只有滿足v=的帶電粒子才能做勻速直線運(yùn)動(dòng)通過S0上的狹縫.
(3)勻速圓周運(yùn)動(dòng):S0下方空間只存在勻強(qiáng)磁場.帶電粒子在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)半徑r=,則==.
3.應(yīng)用
可以測定帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素.