《物理第九章 磁場 專題強化十 帶電粒子在復(fù)合場中運動的實例分析》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理第九章 磁場 專題強化十 帶電粒子在復(fù)合場中運動的實例分析（72頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第九章第九章 磁磁 場場專題強化十帶電粒子在復(fù)合專題強化十帶電粒子在復(fù)合場中運動的實例分析場中運動的實例分析過好雙基關(guān)一、帶電粒子在復(fù)合場中的運動一、帶電粒子在復(fù)合場中的運動1.復(fù)合場與組合場(1)復(fù)合場：電場、 、重力場共存，或其中某兩場共存.(2)組合場：電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，或在同一區(qū)域，電場、磁場分時間段或分區(qū)域 出現(xiàn).磁場交替2.帶電粒子在復(fù)合場中的運動分類(1)靜止或勻速直線運動當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受合外力為零時，將處于靜止?fàn)顟B(tài)或做 直線運動.(2)勻速圓周運動當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場力大小 、方向 時，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)做

2、運動.勻速相等相反勻速圓周(3)較復(fù)雜的曲線運動當(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，粒子做 變速曲線運動，這時粒子運動軌跡既不是圓弧，也不是拋物線.(4)分階段運動帶電粒子可能依次通過幾個情況不同的復(fù)合場區(qū)域，其運動情況隨區(qū)域發(fā)生變化，其運動過程由幾種不同的 組成.非勻運動階段二、電場與磁場的組合應(yīng)用實例二、電場與磁場的組合應(yīng)用實例裝置原理圖規(guī)律質(zhì)譜儀帶電粒子由靜止被加速電場加速qU ，在磁場中做勻速圓周運動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動的周期 ，帶電粒子在圓周運動過程中每次經(jīng)過D形盒縫隙都會被加速.由qvB 得Ekm相同三

3、、電場與磁場的疊加應(yīng)用實例三、電場與磁場的疊加應(yīng)用實例裝置原理圖規(guī)律速度選擇器若qv0BEq，即v0 ，帶電粒子做 運動勻速電磁流量計霍爾元件當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)_qvB電勢差研透命題點1.作用作用測量帶電粒子質(zhì)量和分離同位素的儀器.2.原理原理(如圖1所示)命題點一質(zhì)譜儀的原理和分析基礎(chǔ)考點自主悟透基礎(chǔ)考點自主悟透圖1例例1一臺質(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，其初速度幾乎為0，經(jīng)加速后，通過寬為L的狹縫MN沿著與磁場垂直的方向進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，最后打到照相底片上.圖中虛線為

4、經(jīng)過狹縫左、右邊界M、N時離子的運動軌跡.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點的最小距離x；答案解析圖2解析解析設(shè)離子在磁場中的運動半徑為r1，根據(jù)幾何關(guān)系x2r1L，(2)在圖中用斜線標(biāo)出磁場中離子經(jīng)過的區(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，最窄處位于過兩虛線交點的垂線上答案變式變式1(2016全國卷15)現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(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始被加速電場加速，經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場.若某種一價正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速，為使它經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場，

5、需將磁感應(yīng)強度增加到原來的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形盒處于勻強磁場中，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動的周期相等，使粒子每經(jīng)過一次D形盒縫隙，粒子被加速一次.命題點二回旋加速器的原理和分析能力考點師生共研能力考點師生共研圖4例例2(多選)勞倫斯和利文斯設(shè)計出回旋加速器，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，帶電粒子穿過的時間可忽略.磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場與盒面垂直，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A.質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2RfB.質(zhì)子離開回旋加速器時的最大動能與加速電壓U成正比C.質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為 1D.不改變磁感應(yīng)強度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能Ekm2m2R2f 2與m、R、f均有關(guān)，故D錯誤.變式變式2如圖6甲所示是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，其核心部分是兩個D形金屬盒，在加速帶電粒子時，兩金屬盒置于勻強磁場中，兩盒分別與高頻電源相連.

7、帶電粒子在磁場中運動的動能Ek隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示.忽略帶電粒子在電場中的加速時間，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.在測定地球赤道上方的地磁場強弱時，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)強度B，則C、D兩面的電勢差增大，選項B正確；若霍爾元件中定向移動的是自由電子，由左手定則可知，電子將向C側(cè)偏轉(zhuǎn)，則電勢差UCD0，選項C錯誤；地球赤道上方的地磁場方向為水平方向，元件的工作面要與磁場方向垂直，故元件的工作面應(yīng)保持豎直方向，選項D錯誤.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)面垂直的勻強磁場B，且通以圖示方向的電流I時，用電壓表測得導(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.下列說法中正確的是A.M板比N板電勢高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，所以M板比N板電勢低，選項A

9、錯誤.電子定向移動相當(dāng)于長度為d的導(dǎo)體垂直切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，電壓表的讀數(shù)U等于感應(yīng)電動勢E，則有UEBdv，可見，電壓表的示數(shù)與導(dǎo)體單位體積內(nèi)自由電子數(shù)無關(guān)，選項B錯誤；由UEBdv得，自由電子定向移動的速度為v ，選項C正確；123456789101112138.(多選)(2014新課標(biāo)全國20)圖8為某磁譜儀部分構(gòu)件的示意圖.圖中，永磁鐵提供勻強磁場.硅微條徑跡探測器可以探測粒子在其中運動的軌跡.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方向進入磁場時，下列說法正確的是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中運動軌跡的半徑一定相同C.僅依據(jù)粒子

10、運動軌跡無法判斷該粒子是質(zhì)子還是正電子D.粒子的動能越大，它在磁場中運動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、正電子進入磁場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A正確；12345678910111213對于質(zhì)子、正電子，它們在磁場中運動時不能確定mv的大小，故選項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D形金屬盒，兩金屬盒置于勻強磁場中，并分別與高頻電源相連.現(xiàn)分別加速氘核和氦核 .下列說法中正確的是A.它們的最大速度相同B.它們的最大動能相同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能答案解析12345678910111213圖9123456789101112131234567891011121310.速度相同的一束粒子(不計重力)由左端射入質(zhì)譜儀后的運動軌跡如圖10所示，則下列相關(guān)說法中正確的是A.該束粒子帶負電B.速度選擇器的P1極板帶負電C.能通過狹縫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)該束粒子進入勻強磁場B2時向下偏轉(zhuǎn)，由左手定則判斷出該束粒子帶正電，選項A錯誤；粒子在速度選擇器中做勻速直線運動，受到電場力和洛倫茲力作用，由左手定則知

12、洛倫茲力方向豎直向上，則電場力方向豎直向下，因粒子帶正電，故電場強度方向向下，速度選擇器的P1極板帶正電，選項B錯誤；123456789101112131234567891011121311.(多選)如圖11所示為一種質(zhì)譜儀的示意圖，由加速電場、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，在中心線處的電場強度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直于紙面向外.一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿中心線通過靜電分析器，由P點垂直邊界進入磁分析器，最終打到膠片上的Q點.不計粒子重力.下列說法正確的是A.極板M

13、比極板N的電勢高B.加速電場的電壓UERC.直徑PQ2BD.若一群粒子從靜止開始經(jīng)過題述過程都落在膠片上 的同一點，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)沿電場線方向偏轉(zhuǎn)，說明粒子帶正電荷，極板M比極板N的電勢高，選項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是兩個中空的半圓形金屬盒，置于與盒面垂直的勻強磁場中，它們接在電壓為U、周期為T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)，它們在兩盒之間被電場加速.當(dāng)質(zhì)子被加速到最

14、大動能Ek后，再將它們引出.忽略質(zhì)子在電場中的運動時間，則下列說法中正確的是A.若只增大交變電壓U，則質(zhì)子的最大動能Ek會變大B.若只增大交變電壓U，則質(zhì)子在回旋加速器中運行的時間會 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行時間變短，B正確；為了使質(zhì)子能在回旋加速器中加速，質(zhì)子的運動周期應(yīng)與交變電壓的周期相同，C錯誤；1234567891011121313.一臺質(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，其初速度幾乎為零.這些離子經(jīng)加速后通過狹縫O沿著與磁場垂直的方向進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，最后打在底片上.已知放置底片的區(qū)域MNL，且OML.某次測量發(fā)現(xiàn)MN中左側(cè) 區(qū)域MQ損壞，檢測不到離子，但右側(cè) 區(qū)域QN仍能正常檢測到離子.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)域檢測到.(1)求原本打在MN中點P點的離子質(zhì)量m；圖13答案解析1234567891011121312345678910111213(2)為使原本打在P點的離子能打在QN區(qū)域，求加速電壓U的調(diào)節(jié)范圍.答案解析12345678910111213