高考物理二輪復習專題六 磁場 第21課時 帶電粒子在復合場中的運動課件1

第 2 1 課 時 帶 電 粒 子 在 復 合 場 中 的 運 動 疑 難 點 一 回 旋 加 速 器 和 質 譜 儀1.質 譜 儀 的 原 理 圖 1 2.回 旋 加 速 器 的 原 理 圖 2 【 練 1】 如 圖 3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 。 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 正 確 的 是 ( )圖 3 A.在 Ek t圖 中 應 有 t4 t3 t3 t2 t2 t1B.加 速 電 壓 越 大 ， 粒 子 最 后 獲 得 的 動 能 就 越 大C.粒 子 加 速 次 數 越 多 ， 粒 子 最 大 動 能 一 定 越 大D.要 想 粒 子 獲 得 的 最 大 動 能 增 大 ， 可 增 加 D形 盒 的 面 積 答 案 D 疑 難 點 二 帶 電 粒 子 在 組 合 場 中 的 運 動“ 磁 偏 轉 ”和“電偏轉”的比較 電 偏 轉 磁 偏 轉偏 轉 條 件 帶 電 粒 子 以 v E進 入勻 強 電 場 (不 計 重 力 ) 帶 電 粒 子 以 v B進 入勻 強 磁 場 (不 計 重 力 )受 力 情 況 只 受 恒 定 的 電 場 力 FEq 只 受 大 小 恒 定 的 洛 倫茲 力 F qvB運 動 情 況 類 平 拋 運 動 勻 速 圓 周 運 動 【 練 2】 如 圖 4所 示 ， 足 夠 大 的 平 行 擋 板 A1、 A2豎 直 放 置 ， 間 距6L。 兩 板 間 存 在 兩 個 方 向 相 反 的 勻 強 磁 場 區(qū) 域 和 ， 以 水平 面 MN為 理 想 分 界 面 ， 區(qū) 的 磁 感 應 強 度 為 B0， 方 向 垂 直 紙面 向 外 。 A1、 A2上 各 有 位 置 正 對 的 小 孔 S1、 S2， 兩 孔 與 分 界面 MN的 距 離 均 為 L。 質 量 為 m 、 電 量 為 q的 粒 子 經 寬 度 為 d的 勻 強 電 場 由 靜 止 加 速 后 ， 沿 水 平 方 向 從 S1進 入 區(qū) ， 并 直接 偏 轉 到 MN上 的 P點 ， 再 進 入 區(qū) ， P點 與 A1板 的 距 離 是 L的k倍 ， 不 計 重 力 ， 碰 到 擋 板 的 粒 子 不 予 考 慮 。 (1)若 k 1， 求 勻 強 電 場 的 電 場 強 度 E；(2)若 2k3， 且 粒 子 沿 水 平 方 向 從 S2射 出 ， 求 出 粒 子 在 磁 場 中 的速 度 大 小 v與 k的 關 系 式 和 區(qū) 的 磁 感 應 強 度 B與 k的 關 系 式 。圖 4 (2)由 于 P距 離 A1為 kL， 且 2 k 3， 粒 子 從 S2水 平 飛 出 ， 該 粒 子運 動 軌 跡 如 圖 所 示 ， 則 根 據 S1到 界 線 處 的 軌 跡 有 ： 疑 難 點 三 帶 電 粒 子 在 疊 加 場 中 的 運 動 【 練 3】 (多 選 )如 圖 5所 示 ， 虛 線 框 中 存 在 垂 直 紙 面 向 外 的 勻 強磁 場 B和 平 行 紙 面 且 與 豎 直 平 面 夾 角 為 45 的 斜 向 下 的 勻 強電 場 E， 有 一 質 量 為 m 、 電 荷 量 為 q的 帶 負 電 的 小 球 在 高 為 h處 的 P點 從 靜 止 開 始 自 由 下 落 ， 當 小 球 運 動 到 復 合 場 內 時 剛好 做 直 線 運 動 ， 那 么 ( ) 圖 5 解 析 小 球 在 復 合 場 中 受 到 豎 直 向 下 的 重 力 、與 電 場 強 度 方 向 相 反 的 電 場 力 和 水 平 向 右 的洛 倫 茲 力 的 作 用 ， 如 圖 所 示 。 其 中 重 力 和 電場 力 是 恒 力 ， 而 洛 倫 茲 力 的 大 小 與 小 球 的 速度 大 小 成 正 比 ， 若 小 球 做 的 是 變 速 運 動 ， 那 答 案 AB 真題示例【 例 1】 (201510月 浙 江 選 考 )如 圖 6是 水 平 放 置 的 小 型 粒 子 加速 器 的 原 理 示 意 圖 ， 區(qū) 域 和 存 在 方 向 垂 直 紙 面 向 里 的 勻強 磁 場 B1和 B2， 長 L 1.0 m的 區(qū) 域 存 在 場 強 大 小 E5.0 104 V/m、 方 向 水 平 向 右 的 勻 強 電 場 。 區(qū) 域 中 間 上 方有 一 離 子 源 S， 水 平 向 左 發(fā) 射 動 能 Ek0 4.0 104 eV的 氘 核 ，氘 核 最 終 從 區(qū) 域 下 方 的 P點 水 平 射 出 。 S、 P兩 點 間 的 高 度差 h 0.10 m。 圖 6 (1)求 氘 核 經 過 兩 次 加 速 后 從 P點 射 出 時 的 動 能 Ek2；(2)若 B1 1.0 T， 要 使 氘 核 經 過 兩 次 加 速 后 從 P點 射 出 ， 求 區(qū) 域 的 最 小 寬 度 d；(3)若 B1 1.0 T， 要 使 氘 核 經 過 兩 次 加 速 后 從 P點 射 出 ， 求 區(qū) 域 的 磁 感 應 強 度 B2。解析(1)由 動 能 定 理 W Ek2 Ek0電 場 力 做 功 W qE2L得 E k2 Ek0 qE2L 1.4 105 eV 2.24 10 14 J (3)氘 核 運 動 軌 跡 如 圖 所 示答 案 (1)2.24 10 14 J (2)0.06 m (3)1.2 T (1)當 區(qū) 域 加 電 場 、 區(qū) 域 不 加 磁 場 時 ， 求 能 在 屏 上 探 測 到質 子 束 的 外 加 電 場 的 最 大 值 Emax；(2)當 區(qū) 域 不 加 電 場 、 區(qū) 域 加 磁 場 時 ， 求 能 在 屏 上 探 測 到質 子 束 的 外 加 磁 場 的 最 大 值 Bmax； (3)當 區(qū) 域 加 電 場 E小 于 (1)中 的 Emax， 質 子 束 進 入 區(qū) 域 和 離開 區(qū) 域 的 位 置 等 高 ， 求 區(qū) 域 中 的 磁 場 B與 區(qū) 域 中 的 電 場 E之 間 的 關 系 式 。 圖 7 沖刺訓練1.(多 選 )粒 子 回 旋 加 速 器 的 工 作 原 理 如 圖 8所 示 ， 置 于 真 空 中 的 D形 金 屬 盒 的 半 徑 為 R， 兩 金 屬 盒 間 的 狹 縫 很 小 ， 磁 感 應 強 度為 B的 勻 強 磁 場 與 金 屬 盒 盒 面 垂 直 ， 高 頻 交 流 電 源 的 頻 率 為 f，加 速 電 場 的 電 壓 為 U， 若 中 心 粒 子 源 處 產 生 的 質 子 質 量 為 m ，電 荷 量 為 e， 在 加 速 器 中 被 加 速 。 不 考 慮 相 對 論 效 應 ， 則 下列 說 法 正 確 的 是 ( ) 圖 8 答 案 CD 2.如 圖 9所 示 的 平 面 直 角 坐 標 系 xOy， 在 第 象 限 內 有 平 行 于 y軸的 勻 強 電 場 ， 方 向 沿 y軸 正 方 向 ； 在 第 象 限 的 正 三 角 形 abc區(qū) 域 內 有 勻 強 磁 場 ， 方 向 垂 直 于 xOy平 面 向 里 ， 正 三 角 形 邊長 為 L， 且 ab邊 與 y軸 平 行 。 一 質 量 為 m 、 電 荷 量 為 q的 粒 子 ，從 y軸 上 的 P(0， h)點 ， 以 大 小 為 v0的 速 度 沿 x軸 正 方 向 射 入 電場 ， 通 過 電 場 后 從 x軸 上 的 a(2h， 0)點 進 入 第 象 限 ， 又 經 過磁 場 從 y軸 上 的 某 點 進 入 第 象 限 ， 且 速 度 與 y軸 負 方 向 成45 角 ， 不 計 粒 子 所 受 的 重 力 。 求 ： (1)電 場 強 度 E的 大 小 ；(2)粒 子 到 達 a點 時 速 度 的 大 小 和 方 向 ；(3)abc區(qū) 域 內 磁 場 的 磁 感 應 強 度 B的 最 小 值 。圖 9 圖 10 (1)N點 的 坐 標 ；(2)圓 形 磁 場 的 最 小 面 積 。