《高考物理 第8章 磁場(chǎng) 能力課時(shí)11 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理 第8章 磁場(chǎng) 能力課時(shí)11 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（58頁珍藏版）》請(qǐng)?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(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)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(chǎng)加速電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(gè)所示，兩個(gè)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(chǎng)。兩縫間可形成電場(chǎng)。圖圖2(2)作用：作用：電場(chǎng)用來對(duì)粒子電場(chǎng)用來對(duì)粒子(質(zhì)子、質(zhì)子、粒子粒子等等)加速，磁場(chǎng)用來使粒子回旋從而能反加速，磁

2、場(chǎng)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(dòng)能的回旋加速器是用來加速帶電粒子，使它獲得很大動(dòng)能的儀器，其核心部分是兩個(gè)儀器，其核心部分是兩個(gè)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(chǎng)，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(chǎng)，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(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，若場(chǎng)中，磁場(chǎng)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(dòng)軌跡如圖，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3所示。問：所示。問：圖圖3(1)D形盒內(nèi)有無電場(chǎng)？形盒內(nèi)有無電場(chǎng)？(2)粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？(3)所加交流電壓頻率應(yīng)是多大，粒子運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)能為多少？粒子離開加速器時(shí)速度為多大？最大動(dòng)能為多少？(5)設(shè)兩設(shè)兩D形盒間電場(chǎng)的電勢(shì)差為形盒間電場(chǎng)的電勢(shì)差為U，盒間距離為，盒間距離為d，其間電場(chǎng)均勻，其間電場(chǎng)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(chǎng)的作用，盒內(nèi)扁形盒由金屬導(dǎo)體制成，具有屏蔽外電場(chǎng)的作用，盒內(nèi)無電場(chǎng)。無電場(chǎng)。(2)帶電粒子在盒內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(dòng)，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(chǎng)的加速電場(chǎng)(入場(chǎng)速度忽略不計(jì)入場(chǎng)速度忽略不計(jì))，經(jīng)電場(chǎng)加速后從，經(jīng)電場(chǎng)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(chǎng)中，最后打到照相底片上。下列說法的勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)與盒面垂直，高頻交流電頻率為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，高頻交流電頻率為f，加速電壓為，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(duì)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(duì)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(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)突破二帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)“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(chǎng)勻強(qiáng)電場(chǎng)(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(chǎng)強(qiáng)磁場(chǎng)(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(chǎng)力只受恒定的電場(chǎng)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(dòng)情況運(yùn)動(dòng)情況類平拋運(yùn)動(dòng)類平拋運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)【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(chǎng)，方向沿軸的勻強(qiáng)電場(chǎng)，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(chǎng)，方向垂直于區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，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(chǎng)，軸正方向射入電場(chǎng)，通過電場(chǎng)后從通過電場(chǎng)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(chǎng)從象限，又經(jīng)過磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度E的大??；的大小；(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(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)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(chǎng)中從帶電粒子在電場(chǎng)中從P到到a的過程中做類平拋運(yùn)動(dòng)，的過程中做類平拋運(yùn)動(dòng)，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(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題突破帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)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(gè)不同的階段；個(gè)不同的階段；第第2步步：受力和運(yùn)動(dòng)分析，主要涉及兩種典型運(yùn)動(dòng)，如下：受力和運(yùn)動(dòng)分析，主要涉及兩種典型運(yùn)動(dòng)，如下：第第3步：步：用規(guī)律用規(guī)律2.抓住聯(lián)系兩個(gè)場(chǎng)的紐帶抓住聯(lián)系兩個(gè)場(chǎng)的紐帶速度速度圖圖8突破三帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)突破三帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電體在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的歸類分析帶電體在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的歸類分析1.磁場(chǎng)力、重力并存磁場(chǎng)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(dòng)。若重力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(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(dòng)，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(dòng)，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(chǎng)力、磁場(chǎng)力并存電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力并存(不計(jì)重力不計(jì)重力)(1)若電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。若電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(2)若電場(chǎng)力和洛倫茲力不平衡，則帶電體做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，若電場(chǎng)力和洛倫茲力不平衡，則帶電體做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，可用動(dòng)能定理求解?？捎脛?dòng)能定理求解。3.電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力、重力并存電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力、重力并存(1)若三力平衡，帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。若三力平衡，帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(2)若重力與電場(chǎng)力平衡

12、，帶電體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。若重力與電場(chǎng)力平衡，帶電體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。(3)若合力不為零，帶電體可能做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，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(dòng)，可用能量守恒定律或動(dòng)能定理求解。守恒定律或動(dòng)能定理求解?！纠纠?】(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(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向水平左側(cè)同時(shí)存在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向水平向右，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為向右，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)，磁場(chǎng)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(dòng)。做曲線運(yùn)動(dòng)。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(dòng)到求小滑塊運(yùn)動(dòng)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(dòng)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(chǎng)力、洛倫茲力及重力作用下運(yùn)動(dòng)過程點(diǎn)為小滑塊在電場(chǎng)力、洛倫茲力及重力作用下運(yùn)動(dòng)過程中速度最大的位置，當(dāng)小滑塊運(yùn)動(dòng)到中速度最大的位置，當(dāng)小滑塊運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)時(shí)撤去磁場(chǎng)，此后小點(diǎn)時(shí)撤去磁場(chǎng)，此后小滑塊繼續(xù)運(yùn)動(dòng)

14、到水平地面上的滑塊繼續(xù)運(yùn)動(dòng)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(dòng)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的時(shí)間為點(diǎn)的時(shí)間為t，求小滑塊運(yùn)動(dòng)到，求小滑塊運(yùn)動(dòng)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(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)方向沿豎直方向，在圖示坐標(biāo)

15、中，電場(chǎng)方向沿豎直方向，坐標(biāo)原點(diǎn)坐標(biāo)原點(diǎn)O的電勢(shì)為零。當(dāng)小球以的電勢(shì)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(dòng)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(dòng)時(shí)，細(xì)繩上的拉力剛好為零。在小球從最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的過程中，軌跡上每點(diǎn)的電勢(shì)低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的過程中，軌跡上每點(diǎn)的電勢(shì)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(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小為勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小為3.2106 V/mB.小球重力勢(shì)能增加最多的過程中，電勢(shì)能減少了小球重力勢(shì)能增加最

16、多的過程中，電勢(shì)能減少了2.4 JC.小球做順時(shí)針方向的勻速圓周運(yùn)動(dòng)小球做順時(shí)針方向的勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(gè)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)中屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(dòng)能源相連，加速時(shí)某帶電粒子的動(dòng)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(chǎng)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(chǎng)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(dòng)能一定越大粒子加速次數(shù)越多，粒子獲得的最大動(dòng)能一定越大D.不同粒子獲得的最大動(dòng)能都相同不同粒子獲得的最大動(dòng)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(chǎng)，磁軸上方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，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(chǎng)，電場(chǎng)方向與電場(chǎng)，電場(chǎng)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(chǎng)，進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度方向與電場(chǎng)方射出，一段時(shí)間后進(jìn)入電場(chǎng)，進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度方向與電場(chǎng)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(chǎng)方向變?yōu)榇怪奔埫嫦蚶?，大，磁?chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度的最大值。點(diǎn)，求電場(chǎng)強(qiáng)度的最大值。圖圖14(1)帶電小球運(yùn)動(dòng)到帶電小球運(yùn)動(dòng)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)。