选修3-1《6带电粒子在匀强磁场中的运动》优质课教案设计

选修3-1《6带电粒子在匀强磁场中的运动》教案优质课下载

一 速度选择器

1.如图所示,一束质量、速度和电荷量不同的正离子垂直地射入匀强磁场和 匀强电场正交的区域里,结果发现有些离子保持原来的运动方向,有些未发生任何偏转.如果让这些不偏转的离子进入另一匀强磁场中,发现这些离子又分裂成几束,对这些进入另一磁场的离子,可得出结论（ ）

A.它们的动能一定各不相同B.它们的电荷量一定各不相同

C.它们的质量一定各不相同D.它们的电荷量与质量之比一定各不相同

答案 D

二 质谱仪

2.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要仪器,它的构造如图所示.设从离子源S产生出来的正离子初速度为零,经过加速电场加速后,进入一平行板电容器C中,电场强度为E的电场和磁感应强度为B1的磁场相互垂直,具有某一速度的离子将沿图中所示的直线穿过两板间的空间而不发生偏转,再进入磁感应强度为B2的匀强磁场,最后打在记录它的照相底片上的P点.若测得P点到入口处S1的距离为s,证明离子的质量为m= .

答案 离子被加速后进入平行板电容器,受到的水平的电场力和洛伦兹力平衡才能够竖直向上进入上面的匀强磁

场,由qvB1=qE得v=E/B1,在匀强磁场中 ,将v代入,可得m= .

三 回旋加速器

3.回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器,其核心部分是两个D形金属盒,两盒分别和一高频交流电源两极相接,以便在盒间的窄缝中形成匀强电场,使粒子每次穿过狭缝都得到加速,两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,离子源置于盒的圆心附近.若离子源射出的离子电荷量为q,质量为m,粒子最大回转半径Rm,其运动轨迹如图所示.

求:（1）两个D形盒内有无电场?

（2）离子在D形盒内做何种运动?

（3）所加交流电频率是多大?

（4）离子离开加速器的速度为多大?最大动能为多少?

答案 （1）无电场

（2）做匀速圆周运动,每次加速之后半径变大

（3） （4）

四 霍尔效应

4.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的匀强磁场中,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:外部磁场的洛伦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与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,电荷量为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.

答案 （1）低于 （2）evB（3）e