《物理第九章 磁場(chǎng) 專(zhuān)題強(qiáng)化十 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理第九章 磁場(chǎng) 專(zhuān)題強(qiáng)化十 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析（72頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第九章第九章 磁磁 場(chǎng)場(chǎng)專(zhuān)題強(qiáng)化十帶電粒子在復(fù)合專(zhuān)題強(qiáng)化十帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析過(guò)好雙基關(guān)一、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.復(fù)合場(chǎng)與組合場(chǎng)(1)復(fù)合場(chǎng)：電場(chǎng)、 、重力場(chǎng)共存，或其中某兩場(chǎng)共存.(2)組合場(chǎng)：電場(chǎng)與磁場(chǎng)各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，或在同一區(qū)域，電場(chǎng)、磁場(chǎng)分時(shí)間段或分區(qū)域 出現(xiàn).磁場(chǎng)交替2.帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分類(lèi)(1)靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受合外力為零時(shí)，將處于靜止?fàn)顟B(tài)或做 直線運(yùn)動(dòng).(2)勻速圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場(chǎng)力大小 、方向 時(shí)，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)做

2、運(yùn)動(dòng).勻速相等相反勻速圓周(3)較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化，且與初速度方向不在同一條直線上時(shí)，粒子做 變速曲線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧，也不是拋物線.(4)分階段運(yùn)動(dòng)帶電粒子可能依次通過(guò)幾個(gè)情況不同的復(fù)合場(chǎng)區(qū)域，其運(yùn)動(dòng)情況隨區(qū)域發(fā)生變化，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程由幾種不同的 組成.非勻運(yùn)動(dòng)階段二、電場(chǎng)與磁場(chǎng)的組合應(yīng)用實(shí)例二、電場(chǎng)與磁場(chǎng)的組合應(yīng)用實(shí)例裝置原理圖規(guī)律質(zhì)譜儀帶電粒子由靜止被加速電場(chǎng)加速qU ，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)qvB ，則比荷 回旋加速器交變電流的周期和帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期 ，帶電粒子在圓周運(yùn)動(dòng)過(guò)程中每次經(jīng)過(guò)D形盒縫隙都會(huì)被加速.由qvB 得Ekm相同三

3、、電場(chǎng)與磁場(chǎng)的疊加應(yīng)用實(shí)例三、電場(chǎng)與磁場(chǎng)的疊加應(yīng)用實(shí)例裝置原理圖規(guī)律速度選擇器若qv0BEq，即v0 ，帶電粒子做 運(yùn)動(dòng)勻速電磁流量計(jì)霍爾元件當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)_qvB電勢(shì)差研透命題點(diǎn)1.作用作用測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分離同位素的儀器.2.原理原理(如圖1所示)命題點(diǎn)一質(zhì)譜儀的原理和分析基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透圖1例例1一臺(tái)質(zhì)譜儀的工作原理如圖2所示.大量的帶電荷量為q，質(zhì)量為2m的離子飄入電壓為U0的加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為0，經(jīng)加速后，通過(guò)寬為L(zhǎng)的狹縫MN沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后打到照相底片上.圖中虛線為

4、經(jīng)過(guò)狹縫左、右邊界M、N時(shí)離子的運(yùn)動(dòng)軌跡.不考慮離子間的相互作用.(1)求離子打在底片上的位置到N點(diǎn)的最小距離x；答案解析圖2解析解析設(shè)離子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑為r1，根據(jù)幾何關(guān)系x2r1L，(2)在圖中用斜線標(biāo)出磁場(chǎng)中離子經(jīng)過(guò)的區(qū)域，并求該區(qū)域最窄處的寬度d.答案解析解析解析如圖所示，最窄處位于過(guò)兩虛線交點(diǎn)的垂線上答案變式變式1(2016全國(guó)卷15)現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來(lái)分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖3所示，其中加速電壓恒定.質(zhì)子在入口處從靜止開(kāi)始被加速電場(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開(kāi)磁場(chǎng).若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開(kāi)始被同一加速電場(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開(kāi)磁場(chǎng)，

5、需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來(lái)的12倍.此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為A.11 B.12C.121 D.144圖3解析1.構(gòu)造：構(gòu)造：如圖4所示，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，D形盒的縫隙處接交流電源.2.原理：原理：交流電周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等，使粒子每經(jīng)過(guò)一次D形盒縫隙，粒子被加速一次.命題點(diǎn)二回旋加速器的原理和分析能力考點(diǎn)師生共研能力考點(diǎn)師生共研圖4例例2(多選)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5所示.置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可忽略.磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，高頻交流電頻率為f，加速電壓為U.若A處粒子

6、源產(chǎn)生質(zhì)子的質(zhì)量為m、電荷量為q，在加速器中被加速，且加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響.則下列說(shuō)法正確的是A.質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過(guò)2RfB.質(zhì)子離開(kāi)回旋加速器時(shí)的最大動(dòng)能與加速電壓U成正比C.質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為 1D.不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f，經(jīng)該回旋加速器加速的各種粒子的 最大動(dòng)能不變圖5答案解析因經(jīng)回旋加速器加速的粒子最大動(dòng)能Ekm2m2R2f 2與m、R、f均有關(guān)，故D錯(cuò)誤.變式變式2如圖6甲所示是用來(lái)加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，在加速帶電粒子時(shí)，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩盒分別與高頻電源相連.

7、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示.忽略帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間，則下列判斷中正確的是A.在Ekt圖象中應(yīng)有t4t3t3t2B.粒子射入的速度可能是v0D.在測(cè)定地球赤道上方的地磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，元件的工作面應(yīng)保持水平方向圖6答案解析1234567891011121312345678910111213若僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B，則C、D兩面的電勢(shì)差增大，選項(xiàng)B正確；若霍爾元件中定向移動(dòng)的是自由電子，由左手定則可知，電子將向C側(cè)偏轉(zhuǎn)，則電勢(shì)差UCD0，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；地球赤道上方的地磁場(chǎng)方向?yàn)樗椒较?，元件的工作面要與磁場(chǎng)方向垂直，故元件的工作面應(yīng)保持豎直方向，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.7.(多選)

8、(2018四川成都調(diào)研)如圖7，為探討霍爾效應(yīng)，取一塊長(zhǎng)度為a、寬度為b、厚度為d的金屬導(dǎo)體，給金屬導(dǎo)體加與前后側(cè)面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，且通以圖示方向的電流I時(shí)，用電壓表測(cè)得導(dǎo)體上、下表面M、N間電壓為U.已知自由電子的電荷量為e.下列說(shuō)法中正確的是A.M板比N板電勢(shì)高B.導(dǎo)體單位體積內(nèi)自由電子數(shù)越多，電壓表的示 數(shù)越大C.導(dǎo)體中自由電子定向移動(dòng)的速度為vD.導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為圖7答案解析12345678910111213解析解析電流方向向右，電子定向移動(dòng)方向向左，根據(jù)左手定則判斷可知，電子所受的洛倫茲力方向向上，則M板積累了電子，M、N之間產(chǎn)生向上的電場(chǎng)，所以M板比N板電勢(shì)低，選項(xiàng)A

9、錯(cuò)誤.電子定向移動(dòng)相當(dāng)于長(zhǎng)度為d的導(dǎo)體垂直切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電壓表的讀數(shù)U等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，則有UEBdv，可見(jiàn)，電壓表的示數(shù)與導(dǎo)體單位體積內(nèi)自由電子數(shù)無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由UEBdv得，自由電子定向移動(dòng)的速度為v ，選項(xiàng)C正確；123456789101112138.(多選)(2014新課標(biāo)全國(guó)20)圖8為某磁譜儀部分構(gòu)件的示意圖.圖中，永磁鐵提供勻強(qiáng)磁場(chǎng).硅微條徑跡探測(cè)器可以探測(cè)粒子在其中運(yùn)動(dòng)的軌跡.宇宙射線中有大量的電子、正電子和質(zhì)子.當(dāng)這些粒子從上部垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是A.電子與正電子的偏轉(zhuǎn)方向一定不同B.電子與正電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑一定相同C.僅依據(jù)粒子

10、運(yùn)動(dòng)軌跡無(wú)法判斷該粒子是質(zhì)子還是正電子D.粒子的動(dòng)能越大，它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑越小答案解析12345678910111213綜合提升練綜合提升練圖8解析解析根據(jù)左手定則，電子、正電子進(jìn)入磁場(chǎng)后所受洛倫茲力的方向相反，故兩者的偏轉(zhuǎn)方向不同，選項(xiàng)A正確；12345678910111213對(duì)于質(zhì)子、正電子，它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)不能確定mv的大小，故選項(xiàng)C正確；9.如圖9所示是醫(yī)用回旋加速器示意圖，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并分別與高頻電源相連.現(xiàn)分別加速氘核和氦核 .下列說(shuō)法中正確的是A.它們的最大速度相同B.它們的最大動(dòng)能相同C.兩次所接高頻電源的頻率不相同D.僅增大高

11、頻電源的頻率可增大粒子的最大動(dòng)能答案解析12345678910111213圖9123456789101112131234567891011121310.速度相同的一束粒子(不計(jì)重力)由左端射入質(zhì)譜儀后的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖10所示，則下列相關(guān)說(shuō)法中正確的是A.該束粒子帶負(fù)電B.速度選擇器的P1極板帶負(fù)電C.能通過(guò)狹縫S0的粒子的速度等于D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫S0，則粒子 的比荷越小答案解析12345678910111213圖10解析解析根據(jù)該束粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2時(shí)向下偏轉(zhuǎn)，由左手定則判斷出該束粒子帶正電，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；粒子在速度選擇器中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，受到電場(chǎng)力和洛倫茲力作用，由左手定則知

12、洛倫茲力方向豎直向上，則電場(chǎng)力方向豎直向下，因粒子帶正電，故電場(chǎng)強(qiáng)度方向向下，速度選擇器的P1極板帶正電，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；123456789101112131234567891011121311.(多選)如圖11所示為一種質(zhì)譜儀的示意圖，由加速電場(chǎng)、靜電分析器和磁分析器組成.若靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場(chǎng)，在中心線處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向外.一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿中心線通過(guò)靜電分析器，由P點(diǎn)垂直邊界進(jìn)入磁分析器，最終打到膠片上的Q點(diǎn).不計(jì)粒子重力.下列說(shuō)法正確的是A.極板M

13、比極板N的電勢(shì)高B.加速電場(chǎng)的電壓UERC.直徑PQ2BD.若一群粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)過(guò)題述過(guò)程都落在膠片上 的同一點(diǎn)，則該群粒子具有相同的比荷答案12345678910111213圖11解析解析解析粒子在靜電分析器內(nèi)沿電場(chǎng)線方向偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明粒子帶正電荷，極板M比極板N的電勢(shì)高，選項(xiàng)A正確；1234567891011121312.(多選)回旋加速器在科學(xué)研究中得到了廣泛應(yīng)用，其原理圖如圖12所示.D1和D2是兩個(gè)中空的半圓形金屬盒，置于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，它們接在電壓為U、周期為T(mén)的交流電源上.位于D1的圓心處的質(zhì)子源A能不斷產(chǎn)生質(zhì)子(初速度可以忽略)，它們?cè)趦珊兄g被電場(chǎng)加速.當(dāng)質(zhì)子被加速到最

14、大動(dòng)能Ek后，再將它們引出.忽略質(zhì)子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，則下列說(shuō)法中正確的是A.若只增大交變電壓U，則質(zhì)子的最大動(dòng)能Ek會(huì)變大B.若只增大交變電壓U，則質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)行的時(shí)間會(huì) 變短C.若只將交變電壓的周期變?yōu)?T，仍可用此裝置加速質(zhì)子D.質(zhì)子第n次被加速前、后的軌道半徑之比為答案解析12345678910111213圖12增大交變電壓，質(zhì)子加速次數(shù)減小，所以質(zhì)子在回旋加速器中的運(yùn)行時(shí)間變短，B正確；為了使質(zhì)子能在回旋加速器中加速，質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)周期應(yīng)與交變電壓的周期相同，C錯(cuò)誤；1234567891011121313.一臺(tái)質(zhì)譜儀的工作原理圖如圖13所示，電荷量均為q、質(zhì)量不同的離子飄入電壓為U0的加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為零.這些離子經(jīng)加速后通過(guò)狹縫O沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，最后打在底片上.已知放置底片的區(qū)域MNL，且OML.某次測(cè)量發(fā)現(xiàn)MN中左側(cè) 區(qū)域MQ損壞，檢測(cè)不到離子，但右側(cè) 區(qū)域QN仍能正常檢測(cè)到離子.在適當(dāng)調(diào)節(jié)加速電壓后，原本打在MQ區(qū)域的離子即可在QN區(qū)域檢測(cè)到.(1)求原本打在MN中點(diǎn)P點(diǎn)的離子質(zhì)量m；圖13答案解析1234567891011121312345678910111213(2)為使原本打在P點(diǎn)的離子能打在QN區(qū)域，求加速電壓U的調(diào)節(jié)范圍.答案解析12345678910111213