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.ppt

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 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 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 2h v0t 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 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q 6 10 7c 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2m 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g 10m s2 则下列判断正确的是 图11 a 匀强电场的场强大小为3 2 106v mb 小球重力势能增加最多的过程中 电势能减少了2 4jc 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3n 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tn tn 1b 在ek t图象中t4 t3 t3 t2 t2 t1c 粒子加速次数越多 粒子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 q 0 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