磁场中现代科技专题.doc

专题：磁场与现代科技
一、学习目标：
【知识与技能】
1、加深对带电粒子初速度与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的理解。
2、会熟练运用带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式。
3、理解质谱仪、回旋加速器的工作原理。
【过程与方法】
通过带电粒子在匀强磁场中的受力分析，灵活解决有关磁场的问题。
【情感态度与价值观】
充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新与应用历程。
二、重点和难点：
1、带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹
2、质谱仪和回旋加速器的工作原理
三、教学过程
【复习导入】
1、带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时做　　　　　　　　　　运动；
２、半径公式：　　　　　　　　　；周期公式：　　　　　　　　　。
【新课教学】
一、质谱仪
1、作用：测量带电粒子质量和分析同位素的仪器
2、构造：

3、工作原理（例题１）如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器Ａ下方小孔Ｓ1飘入电势差为Ｕ的加速电场，然后让粒子垂直进入磁感应强度为Ｂ的磁场中，最后打到底片Ｄ上，（１）粒子进入磁场时的速率。（２）求粒子在磁场中运动的轨道半径。

拓展：若已知加速电压为Ｕ，Ｓ3到Ｄ点的距离d，电荷量为q，则粒子的质量为多少？若电荷量也未知，可求比荷q/m。

变式训练：有一种质谱仪的结构如图所示，带电粒子经过电场加速后，进入速度选择器，速度选择器内存在着互相正交的磁感应强度为B1的磁场和场强为E的电场，只有这一区域内不改变运动方向的粒子才能顺利通过MN上的狭缝G，粒子进入磁感应强度为B2的匀强磁场区域后做匀速圆周运动，打在屏上H点，并发出亮光，记录下亮光所在的位置，得狭缝到亮光的距离d，求出带电粒子的比荷。（不计重力）

二、回旋加速器
1、作用：产生高速运动的粒子
2、构造：
3、原理：
（1）电场：
（2）磁场：
（3）交变电场的周期和匀速圆周运动的周期相等。
（4）带电粒子获得的最大速度（最大能量）
例题2回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的直径为d，用该回旋加速器加速质量为m 、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：
（1）粒子的回旋周期是多大？（2）高频电极的周期为多大？（3）粒子的最大动能是多大？（4）粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径之比？（5）若加速电压为U，则加速到最大能量所需的时间？

变式训练：一回旋加速器，在外加磁场一定时，可把质子加速到v，使它获得动能为Ek，则：（1）能把α粒子加速到的速度为多少？（2）能把α粒子获得的动能为多少？（3）加速α粒子的交流电压频率与加速质子的交流电压频率之比为多少？