《（江苏专用）2018高考物理一轮复习 第8章 磁场 能力课时11 带电粒子在复合场中的运动课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（江苏专用）2018高考物理一轮复习 第8章 磁场 能力课时11 带电粒子在复合场中的运动课件（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、能力课时11 带电粒子在复合场中的运动,突破一 回旋加速器和质谱仪,1.质谱仪 (1)构造：如图1所示，由粒子源、_、_和照相底片等构成。,加速电场,偏转磁场,图1,2.回旋加速器 (1)组成：如图2所示，两个D型盒(静电屏 蔽作用)，大型电磁铁，高频振荡交变电压， 两缝间可形成电场。,图2,(2)作用：电场用来对粒子(质子、粒子等)加速，磁场用来使粒子回旋从而能反复加速。,【例1】 回旋加速器是用来加速带电粒子，使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，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，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场
2、中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子带电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rm，其运动轨迹如图3所示。问：,图3,(1)D形盒内有无电场？ (2)粒子在盒内做何种运动？ (3)所加交流电压频率应是多大，粒子运动的角速度为多大？ (4)粒子离开加速器时速度为多大？最大动能为多少？ (5)设两D形盒间电场的电势差为U，盒间距离为d，其间电场均匀，求把静止粒子加速到上述能量所需时间。,解析 (1)扁形盒由金属导体制成，具有屏蔽外电场的作用，盒内无电场。 (2)带电粒子在盒内做匀速圆周运动，每次加速之后半径变大。,图4,(1)求原本打在MN中点P的离子质量m； (2
3、)为使原本打在P的离子能打在QN区域，求加速电压U的调节范围；,方法提炼 解决实际问题的一般过程：,【变式训练】 1.质谱仪(多选) (2016扬州高三调研)日本福岛核电站的核泄漏事故，使碘的同位素131被更多的人所了解。利用质谱仪可分析碘的各种同位素。如图5所示，电荷量均为q的碘131和碘127质量分别为m1和m2，它们从容器A下方的小孔S1进入电压为U的加速电场(入场速度忽略不计)，经电场加速后从S2小孔射出，垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，最后打到照相底片上。下列说法正确的是( ),图5,答案 BD,2.回旋加速器(多选)劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图6所示。
4、置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U。若A处粒子源产生的质子的质量为m、电荷量为q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。则下列说法正确的是( ),图6,答案 AC,突破二 带电粒子在组合场中的运动,“磁偏转”和“电偏转”的比较,【例3】 如图7所示的平面直角坐标系xOy，在第象限内有平行于y轴的匀强电场，方向沿y轴正方向；在第象限的正三角形abc区域内有匀强磁场，方向垂直于xOy平面向里，正三角形边长为L，且ab边与y轴平行。一质量为m、电荷量为q的粒子，从y轴上
5、的P(0，h)点，以大小为v0的速度沿x轴正方向射入电场，通过电场后从x轴上的a(2h，0)点进入第象限，又经过磁场从y轴上的某点进入第象限，且速度与y轴负方向成45角，不计粒子所受的重力。求：,图7,(1)电场强度E的大小； (2)粒子到达a点时速度的大小和方向； (3)abc区域内磁场的磁感应强度B的最小值。 解析 (1)带电粒子在电场中从P到a的过程中做类平抛运动， 水平方向：2hv0t,规律方法 1.“3步”突破带电粒子在组合场中的运动问题 第1步：分阶段(分过程)按照时间顺序和进入不同的区域分成几个不同的阶段； 第2步：受力和运动分析，主要涉及两种典型运动，如下：,第3步：用规律,2
6、.抓住联系两个场的纽带速度,图8,突破三 带电粒子在叠加场中的运动,带电体在复合场中运动的归类分析 1.磁场力、重力并存 (1)若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。 (2)若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，故机械能守恒。 2.电场力、磁场力并存(不计重力) (1)若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。 (2)若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂的曲线运动，可用动能定理求解。,3.电场力、磁场力、重力并存 (1)若三力平衡，带电体做匀速直线运动。 (2)若重力与电场力平衡，带电体做匀速圆周运动。 (3)若合力不为零，带电体可能做复杂的曲
7、线运动，可用能量守恒定律或动能定理求解。,【例4】 (2015福建理综，22)如图9，绝缘粗糙的竖直平面MN左侧同时存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，电场强度大小为E，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B。一质量为m、电荷量为q的带正电的小滑块从A点由静止开始沿MN下滑，到达C点时离开MN做曲线运动。A、C两点间距离为h，重力加速度为g。,图9,(1)求小滑块运动到C点时的速度大小vC； (2)求小滑块从A点运动到C点过程中克服摩擦力做的功Wf； (3)若D点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大的位置，当小滑块运动到D点时撤去磁场，此后小滑块继续运动到
8、水平地面上的P点。已知小滑块在D点时的速度大小为vD，从D点运动到P点的时间为t，求小滑块运动到P点时速度的大小vP。,反思总结 遵循“解题流程”，规范答题,图10,1.(多选)如图11甲所示，绝缘轻质细绳一端固定在方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场中的O点，另一端连接带正电的小球，小球电荷量q6107 C，在图示坐标中，电场方向沿竖直方向，坐标原点O的电势为零。当小球以2 m/s的速率绕O点在竖直平面内做匀速圆周运动时，细绳上的拉力刚好为零。在小球从最低点运动到最高点的过程中，轨迹上每点的电势随纵坐标y的变化关系如图乙所示，重力加速度g10 m/s2。则下列判断正确的是( ),图11,A.匀强
9、电场的场强大小为3.2106 V/m B.小球重力势能增加最多的过程中，电势能减少了2.4 J C.小球做顺时针方向的匀速圆周运动 D.小球所受的洛伦兹力的大小为3 N,答案 BD,2.(2016陕西西安八校联考)如图12甲是回旋加速器的原理示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中(磁感应强度大小恒定)，并分别与高频电源相连，加速时某带电粒子的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是( ),图12,A.高频电源的变化周期应该等于tntn1 B.在Ekt图象中t4t3t3t2t2t1 C.粒子加速次数越多，粒子
10、获得的最大动能一定越大 D.不同粒子获得的最大动能都相同,答案 B,3.(2014海南单科，14)如图13所示，在x轴上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外；在x轴下方存在匀强电场，电场方向与xOy平面平行，且与x轴成45夹角。一质量为m、电荷量为q(q0)的粒子以速度v0从y轴上P点沿y轴正方向射出，一段时间后进入电场，进入电场时的速度方向与电场方向相反；又经过一段时间T0，磁场方向变为垂直纸面向里，大小不变，不计重力。,图13,(1)求粒子从P点出发至第一次到达x轴时所需的时间； (2)若要使粒子能够回到P点，求电场强度的最大值。,图14 (1)带电小球运动到D点时的速度； (2)带电小球从A点出发到落地过程中所用的时间(小球所带的电荷量不变)。,
