《高考物理 第8章 磁場 能力課時(shí)11 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理 第8章 磁場 能力課時(shí)11 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動（58頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、能力課時(shí)能力課時(shí)11帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動突破一回旋加速器和質(zhì)譜儀突破一回旋加速器和質(zhì)譜儀1.質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀(1)構(gòu)造構(gòu)造：如圖：如圖1所示，由粒子源、所示，由粒子源、_、_和照和照相底片等構(gòu)成。相底片等構(gòu)成。加速電場加速電場偏轉(zhuǎn)磁場偏轉(zhuǎn)磁場圖圖12.回旋加速器回旋加速器(1)組成：組成：如圖如圖2所示，兩個所示，兩個D型盒型盒(靜電屏靜電屏蔽作用蔽作用)，大型電磁鐵，高頻振蕩交變電壓，大型電磁鐵，高頻振蕩交變電壓，兩縫間可形成電場。兩縫間可形成電場。圖圖2(2)作用：作用：電場用來對粒子電場用來對粒子(質(zhì)子、質(zhì)子、粒子粒子等等)加速，磁場用來使粒子回旋從而能反加速，磁

2、場用來使粒子回旋從而能反復(fù)加速。復(fù)加速?！纠纠?】回旋加速器是用來加速帶電粒子，使它獲得很大動能的回旋加速器是用來加速帶電粒子，使它獲得很大動能的儀器，其核心部分是兩個儀器，其核心部分是兩個D形金屬扁盒，兩盒分別和一高頻交形金屬扁盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場，使粒子流電源兩極相接，以便在盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場，使粒子每次穿過狹縫都得到加速，兩盒放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為每次穿過狹縫都得到加速，兩盒放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，若場中，磁場方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，若粒子源射出的粒子帶電荷量

3、為粒子源射出的粒子帶電荷量為q，質(zhì)量為，質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑，粒子最大回旋半徑為為Rm，其運(yùn)動軌跡如圖，其運(yùn)動軌跡如圖3所示。問：所示。問：圖圖3(1)D形盒內(nèi)有無電場？形盒內(nèi)有無電場？(2)粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動？粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動？(3)所加交流電壓頻率應(yīng)是多大，粒子運(yùn)動的角速度為多大？所加交流電壓頻率應(yīng)是多大，粒子運(yùn)動的角速度為多大？(4)粒子離開加速器時(shí)速度為多大？最大動能為多少？粒子離開加速器時(shí)速度為多大？最大動能為多少？(5)設(shè)兩設(shè)兩D形盒間電場的電勢差為形盒間電場的電勢差為U，盒間距離為，盒間距離為d，其間電場均勻，其間電場均勻，求把靜止粒子加速到上述能量所需時(shí)間。求把靜止

4、粒子加速到上述能量所需時(shí)間。解析解析(1)扁形盒由金屬導(dǎo)體制成，具有屏蔽外電場的作用，盒內(nèi)扁形盒由金屬導(dǎo)體制成，具有屏蔽外電場的作用，盒內(nèi)無電場。無電場。(2)帶電粒子在盒內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，每次加速之后半徑變大。帶電粒子在盒內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，每次加速之后半徑變大。圖圖4(1)求原本打在求原本打在MN中點(diǎn)中點(diǎn)P的離子質(zhì)量的離子質(zhì)量m；(2)為使原本打在為使原本打在P的離子能打在的離子能打在QN區(qū)域，求加速電壓區(qū)域，求加速電壓U的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)范圍；范圍；方法提煉方法提煉解決實(shí)際問題的一般過程：解決實(shí)際問題的一般過程：【變式訓(xùn)練】【變式訓(xùn)練】1.質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀(多選多選) (2016揚(yáng)州高三調(diào)研揚(yáng)州高三

5、調(diào)研)日本福島核電站的核泄漏事日本福島核電站的核泄漏事故，使碘的同位素故，使碘的同位素131被更多的人所了解。利用質(zhì)譜儀可分析碘的被更多的人所了解。利用質(zhì)譜儀可分析碘的各種同位素。如圖各種同位素。如圖5所示，電荷量均為所示，電荷量均為q的碘的碘131和碘和碘127質(zhì)量分質(zhì)量分別為別為m1和和m2，它們從容器，它們從容器A下方的小孔下方的小孔S1進(jìn)入電壓為進(jìn)入電壓為U的加速電場的加速電場(入場速度忽略不計(jì)入場速度忽略不計(jì))，經(jīng)電場加速后從，經(jīng)電場加速后從S2小孔射出，垂直進(jìn)入磁感小孔射出，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，最后打到照相底片上。下列說法的勻強(qiáng)磁場中，最后打到照相底

6、片上。下列說法正確的是正確的是()圖圖5答案答案BD2.回旋加速器回旋加速器(多選多選)勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出回旋加速器，工作原勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出回旋加速器，工作原理示意圖如圖理示意圖如圖6所示。置于真空中的所示。置于真空中的D形金屬盒半徑為形金屬盒半徑為R，兩盒，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時(shí)間可忽略。磁感應(yīng)強(qiáng)度為間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時(shí)間可忽略。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場與盒面垂直，高頻交流電頻率為的勻強(qiáng)磁場與盒面垂直，高頻交流電頻率為f，加速電壓為，加速電壓為U。若若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子的質(zhì)量為處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子的質(zhì)量為m、電荷量為、電荷量為q，在加速器，在加速器中被加速，且加速

7、過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力的影響。則中被加速，且加速過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力的影響。則下列說法正確的是下列說法正確的是()圖圖6答案答案AC突破二帶電粒子在組合場中的運(yùn)動突破二帶電粒子在組合場中的運(yùn)動“磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)”和和“電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)”的比較的比較電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)條件偏轉(zhuǎn)條件帶電粒子以帶電粒子以vE進(jìn)入進(jìn)入勻強(qiáng)電場勻強(qiáng)電場(不計(jì)重力不計(jì)重力)帶電粒子以帶電粒子以vB進(jìn)入勻進(jìn)入勻強(qiáng)磁場強(qiáng)磁場(不計(jì)重力不計(jì)重力)受力情況受力情況只受恒定的電場力只受恒定的電場力FEq只受大小恒定的洛倫茲力只受大小恒定的洛倫茲力FqvB運(yùn)動情況運(yùn)動情況類平拋運(yùn)動類平拋運(yùn)動勻速圓周運(yùn)動勻速圓周運(yùn)動【例

8、【例3】如圖如圖7所示的平面直角坐標(biāo)系所示的平面直角坐標(biāo)系xOy，在第，在第象限內(nèi)有平象限內(nèi)有平行于行于y軸的勻強(qiáng)電場，方向沿軸的勻強(qiáng)電場，方向沿y軸正方向；在第軸正方向；在第象限的正三角象限的正三角形形abc區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，方向垂直于區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，方向垂直于xOy平面向里，正三角形平面向里，正三角形邊長為邊長為L，且，且ab邊與邊與y軸平行。一質(zhì)量為軸平行。一質(zhì)量為m、電荷量為、電荷量為q的粒子，的粒子，從從y軸上的軸上的P(0，h)點(diǎn)，以大小為點(diǎn)，以大小為v0的速度沿的速度沿x軸正方向射入電場，軸正方向射入電場，通過電場后從通過電場后從x軸上的軸上的a(2h，0)點(diǎn)進(jìn)入第點(diǎn)進(jìn)入第象限

9、，又經(jīng)過磁場從象限，又經(jīng)過磁場從y軸上的某點(diǎn)進(jìn)入第軸上的某點(diǎn)進(jìn)入第象限，且速度與象限，且速度與y軸負(fù)方向成軸負(fù)方向成45角，不角，不計(jì)粒子所受的重力。求：計(jì)粒子所受的重力。求：圖圖7(1)電場強(qiáng)度電場強(qiáng)度E的大??；的大??；(2)粒子到達(dá)粒子到達(dá)a點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向；點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向；(3)abc區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值。的最小值。解析解析(1)帶電粒子在電場中從帶電粒子在電場中從P到到a的過程中做類平拋運(yùn)動，的過程中做類平拋運(yùn)動，水平方向：水平方向：2hv0t規(guī)律方法規(guī)律方法1.“3步步”突破帶電粒子在組合場中的運(yùn)動問題突破帶電粒子在組合場中的運(yùn)動問題第第1

10、步步：分階段分階段(分過程分過程)按照時(shí)間順序和進(jìn)入不同的區(qū)域分成幾按照時(shí)間順序和進(jìn)入不同的區(qū)域分成幾個不同的階段；個不同的階段；第第2步步：受力和運(yùn)動分析，主要涉及兩種典型運(yùn)動，如下：受力和運(yùn)動分析，主要涉及兩種典型運(yùn)動，如下：第第3步：步：用規(guī)律用規(guī)律2.抓住聯(lián)系兩個場的紐帶抓住聯(lián)系兩個場的紐帶速度速度圖圖8突破三帶電粒子在疊加場中的運(yùn)動突破三帶電粒子在疊加場中的運(yùn)動帶電體在復(fù)合場中運(yùn)動的歸類分析帶電體在復(fù)合場中運(yùn)動的歸類分析1.磁場力、重力并存磁場力、重力并存(1)若重力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動。若重力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動。(2)若重力和洛倫茲力不平衡，則

11、帶電體將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動，若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動，因洛倫茲力不做功，故機(jī)械能守恒。因洛倫茲力不做功，故機(jī)械能守恒。2.電場力、磁場力并存電場力、磁場力并存(不計(jì)重力不計(jì)重力)(1)若電場力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動。若電場力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動。(2)若電場力和洛倫茲力不平衡，則帶電體做復(fù)雜的曲線運(yùn)動，若電場力和洛倫茲力不平衡，則帶電體做復(fù)雜的曲線運(yùn)動，可用動能定理求解?？捎脛幽芏ɡ砬蠼狻?.電場力、磁場力、重力并存電場力、磁場力、重力并存(1)若三力平衡，帶電體做勻速直線運(yùn)動。若三力平衡，帶電體做勻速直線運(yùn)動。(2)若重力與電場力平衡

12、，帶電體做勻速圓周運(yùn)動。若重力與電場力平衡，帶電體做勻速圓周運(yùn)動。(3)若合力不為零，帶電體可能做復(fù)雜的曲線運(yùn)動，可用能量若合力不為零，帶電體可能做復(fù)雜的曲線運(yùn)動，可用能量守恒定律或動能定理求解。守恒定律或動能定理求解。【例【例4】(2015福建理綜，福建理綜，22)如圖如圖9，絕緣粗糙的豎直平面，絕緣粗糙的豎直平面MN左側(cè)同時(shí)存在相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，電場方向水平左側(cè)同時(shí)存在相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，電場方向水平向右，電場強(qiáng)度大小為向右，電場強(qiáng)度大小為E，磁場方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)，磁場方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為度大小為B。一質(zhì)量為。一質(zhì)量為m、電荷量為、電荷量為q的

13、帶正電的小滑塊從的帶正電的小滑塊從A點(diǎn)由點(diǎn)由靜止開始沿靜止開始沿MN下滑，到達(dá)下滑，到達(dá)C點(diǎn)時(shí)離開點(diǎn)時(shí)離開MN做曲線運(yùn)動。做曲線運(yùn)動。A、C兩兩點(diǎn)間距離為點(diǎn)間距離為h，重力加速度為，重力加速度為g。圖圖9(1)求小滑塊運(yùn)動到求小滑塊運(yùn)動到C點(diǎn)時(shí)的速度大小點(diǎn)時(shí)的速度大小vC；(2)求小滑塊從求小滑塊從A點(diǎn)運(yùn)動到點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn)過程中克服摩擦力做的功點(diǎn)過程中克服摩擦力做的功Wf；(3)若若D點(diǎn)為小滑塊在電場力、洛倫茲力及重力作用下運(yùn)動過程點(diǎn)為小滑塊在電場力、洛倫茲力及重力作用下運(yùn)動過程中速度最大的位置，當(dāng)小滑塊運(yùn)動到中速度最大的位置，當(dāng)小滑塊運(yùn)動到D點(diǎn)時(shí)撤去磁場，此后小點(diǎn)時(shí)撤去磁場，此后小滑塊繼續(xù)運(yùn)動

14、到水平地面上的滑塊繼續(xù)運(yùn)動到水平地面上的P點(diǎn)。已知小滑塊在點(diǎn)。已知小滑塊在D點(diǎn)時(shí)的速度點(diǎn)時(shí)的速度大小為大小為vD，從，從D點(diǎn)運(yùn)動到點(diǎn)運(yùn)動到P點(diǎn)的時(shí)間為點(diǎn)的時(shí)間為t，求小滑塊運(yùn)動到，求小滑塊運(yùn)動到P點(diǎn)時(shí)點(diǎn)時(shí)速度的大小速度的大小vP。反思總結(jié)反思總結(jié)遵循遵循“解題流程解題流程”，規(guī)范答題，規(guī)范答題圖圖101.(多選多選)如圖如圖11甲所示，絕緣輕質(zhì)細(xì)繩一端固定在方向相互垂直的甲所示，絕緣輕質(zhì)細(xì)繩一端固定在方向相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中的O點(diǎn)，另一端連接帶正電的小球，小點(diǎn)，另一端連接帶正電的小球，小球電荷量球電荷量q6107 C，在圖示坐標(biāo)中，電場方向沿豎直方向，在圖示坐標(biāo)

15、中，電場方向沿豎直方向，坐標(biāo)原點(diǎn)坐標(biāo)原點(diǎn)O的電勢為零。當(dāng)小球以的電勢為零。當(dāng)小球以2 m/s的速率繞的速率繞O點(diǎn)在豎直平點(diǎn)在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動時(shí)，細(xì)繩上的拉力剛好為零。在小球從最面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動時(shí)，細(xì)繩上的拉力剛好為零。在小球從最低點(diǎn)運(yùn)動到最高點(diǎn)的過程中，軌跡上每點(diǎn)的電勢低點(diǎn)運(yùn)動到最高點(diǎn)的過程中，軌跡上每點(diǎn)的電勢隨縱坐標(biāo)隨縱坐標(biāo)y的的變化關(guān)系如圖乙所示，重力加速度變化關(guān)系如圖乙所示，重力加速度g10 m/s2。則下列判斷正確。則下列判斷正確的是的是()圖圖11A.勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為3.2106 V/mB.小球重力勢能增加最多的過程中，電勢能減少了小球重力勢能增加最

16、多的過程中，電勢能減少了2.4 JC.小球做順時(shí)針方向的勻速圓周運(yùn)動小球做順時(shí)針方向的勻速圓周運(yùn)動D.小球所受的洛倫茲力的大小為小球所受的洛倫茲力的大小為3 N答案答案BD2.(2016陜西西安八校聯(lián)考陜西西安八校聯(lián)考)如圖如圖12甲是回旋加速器的原理示意甲是回旋加速器的原理示意圖，其核心部分是兩個圖，其核心部分是兩個D形金屬盒，在加速帶電粒子時(shí)，兩金形金屬盒，在加速帶電粒子時(shí)，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場中屬盒置于勻強(qiáng)磁場中(磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒定磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒定)，并分別與高頻電，并分別與高頻電源相連，加速時(shí)某帶電粒子的動能源相連，加速時(shí)某帶電粒子的動能Ek隨時(shí)間隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖的變化規(guī)律如圖

17、乙所示，若忽略帶電粒子在電場中的加速時(shí)間，則下列判斷乙所示，若忽略帶電粒子在電場中的加速時(shí)間，則下列判斷正確的是正確的是()圖圖12A.高頻電源的變化周期應(yīng)該等于高頻電源的變化周期應(yīng)該等于tntn1B.在在Ekt圖象中圖象中t4t3t3t2t2t1C.粒子加速次數(shù)越多，粒子獲得的最大動能一定越大粒子加速次數(shù)越多，粒子獲得的最大動能一定越大D.不同粒子獲得的最大動能都相同不同粒子獲得的最大動能都相同答案答案B3.(2014海南單科，海南單科，14)如圖如圖13所示，在所示，在x軸上方存在勻強(qiáng)磁場，磁軸上方存在勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向外；在，方向垂直于紙面向外；

18、在x軸下方存在勻強(qiáng)軸下方存在勻強(qiáng)電場，電場方向與電場，電場方向與xOy平面平行，且與平面平行，且與x軸成軸成45夾角。一質(zhì)量夾角。一質(zhì)量為為m、電荷量為、電荷量為q(q0)的粒子以速度的粒子以速度v0從從y軸上軸上P點(diǎn)沿點(diǎn)沿y軸正方向軸正方向射出，一段時(shí)間后進(jìn)入電場，進(jìn)入電場時(shí)的速度方向與電場方射出，一段時(shí)間后進(jìn)入電場，進(jìn)入電場時(shí)的速度方向與電場方向相反；又經(jīng)過一段時(shí)間向相反；又經(jīng)過一段時(shí)間T0，磁場方向變?yōu)榇怪奔埫嫦蚶?，大，磁場方向變?yōu)榇怪奔埫嫦蚶?，大小不變，不?jì)重力。小不變，不計(jì)重力。圖圖13(1)求粒子從求粒子從P點(diǎn)出發(fā)至第一次到達(dá)點(diǎn)出發(fā)至第一次到達(dá)x軸時(shí)所需的時(shí)間；軸時(shí)所需的時(shí)間；(2)若要使粒子能夠回到若要使粒子能夠回到P點(diǎn)，求電場強(qiáng)度的最大值。點(diǎn)，求電場強(qiáng)度的最大值。圖圖14(1)帶電小球運(yùn)動到帶電小球運(yùn)動到D點(diǎn)時(shí)的速度；點(diǎn)時(shí)的速度；(2)帶電小球從帶電小球從A點(diǎn)出發(fā)到落地過程中所用的時(shí)間點(diǎn)出發(fā)到落地過程中所用的時(shí)間(小球所帶的電荷小球所帶的電荷量不變量不變)。