2019 2020 年新課標(biāo)人教版 3 1 選修三 3 6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 的運(yùn)動(dòng) WORD 教案 5 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道質(zhì)譜儀的工作原理 2 知道回旋加速器的基本構(gòu)造 工作原理 及用途 重點(diǎn)難點(diǎn) 帶電粒子在回旋加速器中的運(yùn)動(dòng)情況分析 要點(diǎn)導(dǎo)學(xué) 1 質(zhì)譜儀由靜電加速極 速度選擇器 顯示屏等組成 2 試述質(zhì)譜儀的工作原理 3 回旋加速器核心部件為 加勻強(qiáng)磁場(chǎng) 和 加交變電場(chǎng) 4 回旋加速器加速原理 典型例題 1 質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具 它的構(gòu)造原理如圖所示 離 子源 S 生帶電量為 q 的某種正離子 離子產(chǎn)生出米時(shí)的速度很小 可以看作是靜止的 離 子經(jīng)過電壓 U 加速后形成離子束流 然后垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 沿著半圓周運(yùn)動(dòng)而到達(dá)記錄它的照相底片 P 上 實(shí)驗(yàn)測(cè)得 它在 P 上的位置到入口處 S1 的距 離為 a 離子束流的電流為 I 請(qǐng)回答卜列問題 1 在時(shí)間 t 內(nèi)射到照相底片 P 上的離子的數(shù)目為 It q 2 單位時(shí)間穿過入口處 S1 離子束流的能量為 UI 3 試證明這種離子的質(zhì)量為 2 用一回旋加速質(zhì)子 半圓形 D 盒電極半徑為 0 532m 盒內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 1 64T 已知 質(zhì)子的質(zhì)量 m 1 67 10 27 電量 q 1 6 10 19C 試求 所需高頻交流電壓的頻率為多少 質(zhì)子能達(dá)到的最大能量是多少 3 目前世界上正在研究的新型發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電機(jī)的原理如圖所示 設(shè)想在相距為 d 且足 夠長的甲 乙兩金屬板間加有垂直紙面向里 磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 兩板通過電鍵 和燈泡相連 將氣體加熱到使之高度電離 由于正負(fù)電荷一樣多 且?guī)щ娏烤鶠?q 故稱為等 離子體 將其以速度 V 噴入甲 乙兩板之間 這時(shí)甲 乙兩板就會(huì)聚集電荷 產(chǎn)生電壓 它可 以直接把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能 試問 1 圖中哪個(gè)極板是發(fā)電機(jī)的正極 2 發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)多 大 3 設(shè)噴入兩極間的離子流每立方米有 n 對(duì)一價(jià)正負(fù)離子 等離子體的截面積為 S 則發(fā) 電機(jī)的最大功率多大 答案 1 甲 2 Bdv 3 2ndqSBv 2 4 如圖所示 回旋加速器 D 型盒的半徑為 R 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感 應(yīng)強(qiáng)度為 B 高頻電場(chǎng)的電壓為 U So 為粒子源 S 為引出口 若被加速粒子的質(zhì)量為 m 電荷量為 q 設(shè)粒子加速時(shí)質(zhì)量不 變 且不考慮粒子從粒子源出來時(shí)具有的能量 求 外加電場(chǎng)的變化周期為多少 粒子從加速器中射出時(shí)所具有的能量 粒子在加速器中被加速的時(shí)間共為多少 高考鏈接 如圖所示 矩形管長 L 寬為 d 高為 h 上下兩平面是絕緣體 相距為 d 的兩側(cè)面是導(dǎo) 體 并用粗導(dǎo)線 MN 相連 令電阻率為 的水銀充滿管口 源源不斷地流過該矩形管 已知水 銀勻速通過管子的速度與管子兩端的壓強(qiáng)成正比 且當(dāng)管兩端壓強(qiáng)差為 p 時(shí) 水銀的流速為 v0 今在矩形管所在的區(qū)域加一與管子的上下平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 圖中未畫出 待穩(wěn)定后 求水銀在管中的流速 答案