安徽省芜湖市高考物理一轮复习第十章磁场第9讲带电粒子在电磁场中运动的科技应用教案.docx

带电粒子在电磁场中运动的科技应用班级_ 座号_ 姓名_ 分数_一、知识清单1 速度选择器（1）速度大小一定v=E/B。如图，若vE/B,则洛伦兹力小于电场力，粒子向电场力一侧偏转，反之向洛伦兹力一侧偏转。（2）方向一定。如图，若速度反向，电场力方向不变，但洛伦兹力方向反向；（3）与粒子的质量m（重力不计）、电性无关、电量大小q无关。2 质谱仪（1）构造：如图所示，由粒子源、加速电场、匀强磁场和照相底片等构成。（2）原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式qUmv2。根据牛顿第二定律得关系式qvBm。由两式可得出：r ，m，。3 回旋加速器的六个常考问题（1）电场、磁场各起什么作用？ 答：电场使粒子加速，粒子每经过一个周期，被电场加速两次；磁场使粒子偏转。（2）高频电场的变化周期是多少？ 答：电场的变化周期等于粒子在磁场中运动的周期，即T电=,否则粒子不会始终被加速，因此比荷不同的粒子其加速电场的周期一般不同。（3）粒子在磁场中的回旋半径有什么关系？带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，每次增加的动能为 若初动能为零，则粒子进入磁场时的动能之比E1:E2:E3: En=1:2:3 :n, 所有各次半径之比R1:R2:R3: Rn=：（4）粒子的最大动能是多少？与加速电压大小有关吗？ 答：对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的，都等于D形盒的半径。，所以，最大动能，与加速电压无关。（5）粒子在磁场中的运动时间是多少？ 答：粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期不变，不因速度变大而变大，带电粒子每经电场加速一次，在磁场中偏转半周。=，.（6）粒子在电场中的运动时间是多少？ 答：粒子在电场中的运动连接起来就是匀加速直线运动，加速度a=,根据速度公式v=at电，联立可得t电=。由于粒子在电场中的运动时间远小于在磁场中的运动时间，所以一般不计。二、例题精讲4 如图所示，一束质量、速度和电荷量不全相等的离子，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B两束，下列说法中正确的是()A组成A、B两束的离子都带负电B组成A、B两束的离子质量一定不同CA束离子的比荷大于B束离子的比荷D速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外5 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（ ）A磁场的方向垂直于纸面向里B碘131进入磁场时的速率为 C碘131与碘127在磁场中运动的时间差值为D打到照相底片上的碘131与碘127之间的距离为6 （多选）如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m，电量为q的质子，质子每次经过电场区时，都恰好在电压为U时并被加速，且电场可视为匀强电场，使质子由静止加速到能量为E后，由A孔射出。下列说法正确的是（ ）A.D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高，质子的能量E将越大B.磁感应强度B不变，若加速电压U不变，D形盒半径R越大、质子的能量E将越大C.D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高，质子的在加速器中的运动时间将越长D.D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高，质子的在加速器中的运动时间将越短7 （多选）回旋加速器是用来加速带电粒子的，其核心部分是两个D形金属盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，两盒间有一定的电势差U，使粒子每次穿过狭缝都被加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，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，盒间的窄缝宽度为d，粒子最大回旋半径为Rm，其运动轨迹如图所示。下列说法正确的是（ ）A.D形金属盒的作用是屏蔽外电场的作用，使盒内无电场B.忽略粒子在电场中运动时间，则高频交流电源的频率为C.粒子离开加速器时速度为D.考虑粒子在电场中运动时间，则把静止粒子加速到最大动能所需时间为8 如图1所示是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连现分别加速氘核(H)和氦核(He)下列说法中正确的是()A它们的最大速度相同B它们的最大动能相同C两次所接高频电源的频率不相同D仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能9 （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所示.置于高真空中的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（ ）A.质子被加速后的最大速度不可能超过2RfB.质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比C.质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为1D.不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器的最大动能不变101930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如甲图所示，其核心部分是两个D形金属盒，其间留有空隙。在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连。带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，忽略带电粒子在电场中的加速时间，不计粒子重力，则下列判断正确的是（ ）A.在Ekt图象中应有t4-t3=t3-t2=t2-t1B.高频电源的变化周期应该等于tn-tn1C.粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大D.要想粒子获得的最大动能越大，可增加D形盒的直径三、自我检测11（多选）图中为一“滤速器”装置示意图。a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间。为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选 电子仍能够沿水平直线OO运动，由O射出。不计重力作用。可能达到上述目的的办法是（ ）A.使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里B.使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里C.使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外D.使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外12如图2所示，一电子束沿垂直于电场线与磁感线方向入射后偏向A极板，为了使电子束沿射入方向做直线运动，可采用的方法是()A将滑动变阻器滑片P向右滑动 B将滑动变阻器滑片P向左滑动C将极板间距离适当减小 D将极板间距离适当增大13现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图1所示，其中加速电压恒定质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍此离子和质子的质量比约为()A11 B12 C121 D14414质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具如图所示为质谱仪的原理示意图，现利用质谱仪对氢元素进行测量让氢元素三种同位素的离子流从容器A下方的小孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中氢的三种同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱线”则下列判断正确的是（ ）A进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚B进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚C在磁场中运动时间由大到小排列的顺序是氕、氘、氚Da、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氕、氘、氚15(多选)如图8所示为一种质谱仪的示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场，在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点不计粒子重力下列说法正确的是()A极板M比极板N的电势高B加速电场的电压UERC直径PQ2BD若一群粒子从静止开始经过题述过程都落在胶片上的同一点，则该群粒子具有相同的比荷16关于回旋加速器，下列说法正确的是（ ）A.电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子旋转B.电场和磁场同时用来加速带电粒子C.回旋加速器的半径越大，同一带电粒子获得的动能越大，与匀强磁场的磁感应强度无关D.同一带电粒子获得的最大动能只与加速电场的电压有关，而与其变化频率无关17（多选）回旋加速器的核心部分是两个半径为R的D型金属扁盒，如图，盒正中央开有一条窄缝，在两个D型盒之间加交变电压，于是在缝隙中形成交变电场，由于屏蔽作用，在D型盒内部电场很弱，D型盒装在真空容器中，整个装置放在巨大电磁铁的两极之间，磁场方向垂直于D型盒的底面，只要在缝隙中的交变电场的频率不变，便可保证粒子每次通过缝隙时总被加速，粒子的轨道半径不断增大，并逐渐靠近D型盒边缘，加速到最大能