【学习目标】
一、进一步明白得带电粒子垂直进入磁场做匀速圆周运动，熟练应用半径、周期公式分析解决问题。
2、了解质谱仪和回旋加速器的工作原理 【重点难点】
1.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析解决有关问题
二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的条件，回旋加速器的工作原理与加速条件 【课前预习及知识回忆】
1.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式及周期公式和它们的特点？
2．质谱仪是一种十分周密的仪器，它能够测量带电粒子的哪些物理量？
3．在现代物理学中，为了研究物质的微观结构，人们往往利用能量很高的带电粒子作为“炮弹”，去轰击各类原子核，以观看它们的转变规律.如何才能在实验室大量地产生高能量的带电粒子呢？
【课内探讨】
探讨一：质谱仪
例题一、如下图，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的磁场中做匀速圆周运动，最后打到照相底片D上，如下图。求： (1)粒子在S1区做什么运动?
(2)在S2区做何种运动，在S3区将做何种运动? (3)粒子进入磁场时的速度？
(4)粒子在磁场中运动的轨道半径？
探讨二：回旋加速器
1. 直线加速器：
①加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电的粒子动能增加，即
ΔEk= 。
②直线加速器的多级加速：教材图3．6—5所示的是多级加速装置的原理图，由动能定理可知，带电粒子经N级的电场加速后增加的动能，
ΔEk= 。
③直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间内制造直线加速器受到必然的限制。
例题二、1989年初，我国投入运行的高能粒子加速器能够把电子的能量加速到，假设每级的加速电压
V，那么需要通过几级加速？
2. 回旋加速器
（1） 构造 （2） 工作原理 磁场的作用：
电场的作用：
为使带电粒子不断取得加速，提供加速电压的电源应符合如何的要求？
带电粒子的最终能量与哪些因素有关？：
例题3、如下图，回旋加速器D型盒的半径为R,匀强磁场的磁感应强度为B，高频电场的电压为U，So为粒子源，S’为引出口。假设被加速粒子的质量为m，电荷量为q，设粒子加速时质量不变，且不考虑粒子从粒子源出来时具有的能量。求： ⑴外加电场的转变周期为多少？
⑵粒子从加速器中射出时所具有的能量？ ⑶粒子在加速器中被加速的时刻共为多少？
当堂检测
1．在回旋加速器中,以下说法不正确的选项是 ( ) A．电场用来加速带电粒子,磁场那么使带电粒子回旋 B．电场和磁场同时用来加速带电粒子
C．在交流电压必然的条件下,回旋加速器的半径越大,同一带电粒子取得的动能越大 D．同一带电粒子取得的最大动能只与交流电压的大小有关,而与交流电压的频率无关
2、通过回旋加速器后，带电粒子取得的动能 （ ） A.与D形盒的半径无关 B.与高频电源的电压无关 C.与两D形盒间的裂缝宽度无关 D.与匀强磁场的磁感应强度无关
3.在回旋加速器内，带电粒子在半圆形盒内通过半个周期所需的时刻与以下哪个量有关 （ ）
A.带电粒子运动的速度 B.带电粒子运动的轨道半径 C.带电粒子的质量和电荷量 D.带电粒子的电荷量和动量
4.加速器使某种粒子的能量达到15MeV，那个能量是指粒子的 （ ） A.势能 B.动能 C.内能 D.电能
5.用回旋加速器别离加速α粒子和质子时，假设磁场相同，那么加在两个D形盒间的交变电压的频率应不同，其频率之比为 （ ）
A．1：1 ：2 C.2：1 ：3
3
6．用同一回旋加速器别离对证子和氚核(1
H)加速后 （ ）
A．质子取得的动能大于氚核取得的动能 B．质子取得的动能等于氚核取得的动能 C．质子取得的动能小于氚核取得的动能 D．质子取得的动量等于氚核取得的动量
6.用一回旋加速器对某种带电粒子加速，假设第一次加速后该粒子在D形盒中的回旋半径为r，那么该粒子第二次进入该D形盒中的回旋半径为________.
7.用同一回旋加速器别离加速α粒子和质子，那么它们飞出D形盒时的速度之比vα：vH=________。
8.以下图是测量带电粒子质量的仪器工作原理示用意。设法使某有机化合物的气态分子
导入如下图的容器A中，使它受到电子束的轰击，失去一个电子而成为正一价分子离子。分子离子从狭缝s1以很小的速度进入电压为U的加速电场区(初速度不计)，加速后再从狭缝s2、s3射入磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直磁场区边界pQ。最后分子离子打在感光片上，形成垂直于纸面且平行于狭缝s3的细线。假设测得细线到s3的距离为d，那么分子离子的质量m表达式为：________。
9．质谱仪的两大重要组成部份是加速电场和偏转磁场，如图为质谱仪的原理图．假想有一个静止的质量为m、带电量为q的带电粒子 (不计重力)，经电压为U的加速电场加速后垂直进入磁感应强度为B的偏转磁场中，带电粒子打至底片上的P点，设OP＝x，那么在图中能正确反映x与U之间的函数关系的是
( )
学后反思：
粒子在复合场中的运动
一、带电粒子在有界的彼此分离的电场和磁场中运动
1.如图23所示，一个质量为m =×10-11kg，电荷量q = +×10-5C的带电微粒（重力忽略不计），从静止开始经U1=100V电压加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场，偏转电场的电压U2=100V。金属板长L=20cm，两板间距d =103cm。求：
（1）微粒进入偏转电场时的速度v0大小； （2）微粒射出偏转电场时的偏转角θ；
（3）假设该匀强磁场的宽度为D=10cm，为使微粒不 会由磁场右边射出，该匀强磁场的磁感应强度B至少多大？
13. 如图，在xOy平面内，Ⅰ象限中有匀强电场，场壮大小为E，方向沿y轴正方向。在x轴的下方有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里。今有一个质量为m，电量为e的电子（不计重力），从y轴上的P点以初速度v0垂直于电场方向进入电场。经电场偏转后，沿着与x轴正方向成45°进入磁场，并能返回到原起点P。求：（1）作出电子运动轨迹的示用意，并说明电子的运动情形。（2）P点离坐标原点的距离h。（3）电子从P点动身经多长时刻第一次返回P点？
y P O B v0 E x
二、带电粒子在彼此叠加的电场和磁场中的运动
复合场是指电场、磁场、重力场并存或其中某两种场并存的场，带电粒子在这些复合场
中运动时，必需同时考虑电场力、洛伦兹力和重力的作用或其中某两种力的作用，因此对粒子的运动形式的分析就显得极为重要。
1. 当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时，粒子将做静止或匀速直线运动。 2. 当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一条直线上时，粒子将做匀变速直线运动。
3. 当带电粒子所受的合外力充当向心力时，粒子将做匀速圆周运动。
4. 当带电粒子所受的合外力的大小、方向均在不断转变时，那么粒子将做变速运动，这种问题一样只能用能量关系处置。
什么情形下考虑重力？重力考虑与否分几种情形：
（1）在题目中有明确交待的是不是要考虑重力的，这种情形比较正规，也比较简单。
（2）关于微观粒子，如电子、质子、离子等一样不做特殊说明就能够够不计其重力，因为其重力一样情形下与电场力或磁场力相较过小，能够忽略。
（3）关于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等不做特殊说明就应当考虑其重力。
（4）直接看不出是不是要考虑重力，但在进行受力分析与运动分析时，要由分析结果，先进行定性确信再决定是不是要考虑重力。
14．如下图，匀强电场E的方向竖直向下，匀强磁场B的方向垂直纸
M × ×N × × P
面向里，让三个带有等量同种电荷的油滴M、N、P进入该区域中，M
B ×× 进入后能向左做匀速运动，N进入后能在竖直平面内做匀速圆周运动，× × × ×× × P进入后能向右做匀速运动，不计空气阻力，那么三个油滴的质量关系
E 是
A．mM＞mN＞mP B．mP＞mN＞mM C．mN＜mM＝mP D．mN＞mM＝mP 3．（广东惠州市2020届高三第三次调研考试卷．物理．9）磁流体发电是一项新兴技术．它能够把气体的内能直接转化为电能．如图13是它的示用意。平行金属板A、B之间有一个很强的匀强磁场，磁感应强度为B．将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大世正、负带电粒子)垂直于 B的方向喷入磁场，每一个离子的速度为v，电荷量大小为q，A、B两扳间距为d，稳固时以下说法中正确的选项是（ ）
A图中A板是电源的正极 B图中B板是电源的正极 C电源的电动势为Bvd D．电源的电动势为Bvq 图13 4．（2020年苏、锡、常、镇四市调考卷．物理．7）某制药厂的污水处置站的管道中安装了如图14所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高别离为a、b、c，左右两头开口，在垂直于上下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个面的内侧
固定有金属板作为电极，当含有大量正负离子（其重力不计）的污水充满管口从左向右流经该装置时，利用电压表所显示的两个电极间的电压U，就可测出污水流量Q（单位时刻内流出的污水体积）．那么以下说法正确的选项是（ ）
A．后表面的电势必然高于前表面的电势，与正负哪一种离子多少无关
B．假设污水中正负离子数相同，那么前后表面的电势差为零 C．流量Q越大，两个电极间的电压U越大 图14
D．污水中离子数越多，两个电极间的电压U越大
例2：如下图，空间存在着水平向左的匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场B，一个质量为m、带电荷量为q的小环套在不滑腻的足够长的竖直绝缘杆上，自静止开始下滑，那么
A. 小环的加速度不断减少，直至为零 B. 小环的加速度先增大后减小，最终为零 C. 速度先增大后减小，最终为零
D. 小环的动能不断增加，直至某一最大值 3. 如下图，甲带正电，乙是不带电的绝缘物块，甲、乙叠放在一路置于粗糙的地板上，空间有垂直纸面向里的匀强磁场. 用水平恒力F拉乙物块，使甲、乙无相对滑动一路向左加速运动，在加速时期
A. 甲、乙两物块间的摩擦力不断增大 B. 甲、乙两物块间的摩擦力不断减小 C. 甲、乙两物块间的摩擦力大小不变 D. 乙物块与地面间的摩擦力不断增大
14. 如下图，质量是m的小球带有正电荷，电量为q，小球中间有一孔套在足够长的绝缘细杆上。杆与水平方向成θ角，与球的动摩擦因数为μ，此装置放在沿水平方向、磁感应强度为B的匀强磁场中。假设从高处将小球无初速释放，求：小球下滑进程中加
速度的最大值和运动速度的最大值。
θ B
13．如下图为电磁流量计示用意．直径为d的非磁性材料制成的圆形导管内，有能够导电的液体流动，磁感强度为B的匀强磁场垂直液体流动的方向而穿过一段圆形管道．假设测得管壁内a、b两点间的电势差为U，那么管中液体的流量Q＝________m3/s.
dU
答案：π 4B
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