高考物理人教全国II一轮复习课件第8章能力课时11带电粒子在复合场中的运动

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的匀强磁场中，磁

2、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

3、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(2016北京东城区模拟)如图5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(),图5,A.组成A束和B束的离子都带负电 B.组成A束和B束的离子质量一定不同 C.A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于纸面向外,答案C,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

4、，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】(2016昆明市联考)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

5、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.抓住联系两个场的纽带速度,图8,突

6、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

7、。,【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

8、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.(2016陕西西安八校联考)如图11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11,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,2.(2014海南单科，14)如图12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