《高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 磁場(chǎng) 第3講 帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 磁場(chǎng) 第3講 帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件（33頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、課標(biāo)版課標(biāo)版 物理物理第3講帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)一考點(diǎn)一質(zhì)譜儀的原理及應(yīng)用質(zhì)譜儀的原理及應(yīng)用1.構(gòu)造:如圖所示,由粒子源、加速電場(chǎng)、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和照相底片等構(gòu)成?？键c(diǎn)突破考點(diǎn)突破粒子由靜止被加速電場(chǎng)加速,有qU=mv2。粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),有qvB=m。由以上兩式可得r=,m=,=。典例典例1 1 (多選)如圖所示,一束帶電粒子以一定的初速度沿直線通過(guò)由相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁感應(yīng)強(qiáng)度為B)和勻強(qiáng)電場(chǎng)(電場(chǎng)強(qiáng)度為E)組成的速度選擇器,然后粒子通過(guò)平板S上的狹縫P進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁感應(yīng)強(qiáng)度為B),最終打在A1A2上,下列表述正確的是( )122vr1B2mUq222qr BUqm
2、222UB r2.原理:A.粒子帶負(fù)電B.所有打在A1A2上的粒子,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間都相同C.能通過(guò)狹縫P的帶電粒子的速率等于D.粒子打在A1A2的位置越靠近P,粒子的比荷越大EBqm子帶正電,A錯(cuò)誤;帶電粒子在速度選擇器中做勻速直線運(yùn)動(dòng),則電場(chǎng)力與洛倫茲力等大反向,即Eq=Bqv,可得v=,C正確;由洛倫茲力充當(dāng)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,有qvB=,可得r=,則=,由圖知粒子打在A1A2的位置越靠近P,r越小,粒子的比荷越大,D正確;所有打在A1A2上的粒子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中都只運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期,又周期T=,則比荷不同,打在A1A2上的粒子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間
3、不同,B錯(cuò)誤。EB2mvrmvBqqmvBr2EB r2mB q 答案 CD根據(jù)粒子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡可判斷粒A.僅加速電壓增大,其他量不變,則x增大B.僅勻強(qiáng)磁場(chǎng)增強(qiáng),其他量不變,則x增大C.僅粒子的質(zhì)量增大,其他量不變,則x增大D.僅粒子的電荷量增加,其他量不變,則x增大答案AC粒子在電場(chǎng)中加速,由動(dòng)能定理得qU=mv2,粒子進(jìn)入磁場(chǎng),做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r=,則x=2r=,可見(jiàn)增大m、U或減小B、q,可使x增大,A、C正確。12mvqB2B2mUq1-1(2016山西太原模擬)(多選)質(zhì)譜儀的原理如圖所示。從粒子源S出來(lái)的粒子速度很小,可以看做初速度為零,粒子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后進(jìn)
4、入有界的垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,并沿著半圓周運(yùn)動(dòng)而打到照相底片上的P點(diǎn),測(cè)得P點(diǎn)到入口的距離為x,則以下說(shuō)法正確的是()考點(diǎn)二回旋加速器的原理及應(yīng)用考點(diǎn)二回旋加速器的原理及應(yīng)用1.構(gòu)造:如圖所示,D1、D2是半圓形金屬盒,D形盒的縫隙處接交流電源。D形盒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。2.原理:交流電的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等,粒子經(jīng)電場(chǎng)加速,經(jīng)磁場(chǎng)回旋,由qvB=,得Ekm=,可見(jiàn)粒子獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒半徑r決定,與加速電壓無(wú)關(guān)。典例典例2(多選)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所示。置于真空中的D形金屬盒半徑為R,兩盒間的狹縫很小,帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可忽略。磁
5、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f,加速電壓為U。若A處粒子源產(chǎn)生質(zhì)子的質(zhì)量為m、電荷量為+q,在加速器中被加速,且加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響。則下列說(shuō)法正確的是()2mvr2222q B rmA.質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過(guò)2RfB.質(zhì)子離開(kāi)回旋加速器時(shí)的最大動(dòng)能與加速電壓U成正比C.質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為 1D.不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f,該回旋加速器的最大動(dòng)能不變答案AC質(zhì)子被加速后的最大速度受到D形盒半徑R的制約,因v=22 RT=2Rf,故A正確;質(zhì)子離開(kāi)回旋加速器的最大動(dòng)能Ekm=mv2=m42R2f2=2m2R
6、2f2,與m、R、f均有關(guān),與加速電壓U無(wú)關(guān),B、D錯(cuò)誤;根據(jù)R=,Uq=m,2Uq=m,得質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為 1,C正確。1212mvBq1221v1222v2A.帶電粒子從磁場(chǎng)中獲得能量B.帶電粒子的運(yùn)動(dòng)周期是變化的C.帶電粒子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器D.增大金屬盒的半徑,粒子射出時(shí)的動(dòng)能不變答案C帶電粒子由加速器的中心附近進(jìn)入回旋加速器,在回旋加速器2-1回旋加速器是加速帶電粒子的裝置,其主體部分是兩個(gè)D形金屬盒。兩金屬盒處在垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,a、b分別與高頻交流電源兩極相連接,下列說(shuō)法正確的是 ()中從電場(chǎng)中獲得能量,帶電粒子的運(yùn)動(dòng)周期是不變
7、的,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤、C正確;由Ek=mv2=2m2R2f2,知增大金屬盒的半徑,粒子射出時(shí)的動(dòng)能增大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。12考點(diǎn)三幾種常見(jiàn)的組合場(chǎng)考點(diǎn)三幾種常見(jiàn)的組合場(chǎng)帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),實(shí)際上是幾個(gè)典型運(yùn)動(dòng)過(guò)程的組合,因此解決這類(lèi)問(wèn)題要分段處理,找出各段之間的銜接點(diǎn)和相關(guān)物理量,問(wèn)題即可迎刃而解。常見(jiàn)類(lèi)型如下:1.從電場(chǎng)進(jìn)入磁場(chǎng)(1)粒子先在電場(chǎng)中做加速直線運(yùn)動(dòng),然后進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)。在電場(chǎng)中利用動(dòng)能定理或運(yùn)動(dòng)學(xué)公式等知識(shí)求粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度。(2)粒子先在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),然后進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)。在電場(chǎng)中利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律等知識(shí)求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度。2.從磁場(chǎng)進(jìn)入電場(chǎng)(1)粒子進(jìn)入
8、電場(chǎng)時(shí)的速度與電場(chǎng)方向相同或相反,做勻變速直線運(yùn)動(dòng)(不計(jì)重力)。(2)粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度方向與電場(chǎng)方向垂直,做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)。3.先后經(jīng)歷多個(gè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)典例典例3如圖所示,勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域緊鄰且寬度相等,均為d,電場(chǎng)方向在紙平面內(nèi)豎直向下,而磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,一帶正電粒子從O點(diǎn)以速度v0沿垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng),從A點(diǎn)出電場(chǎng)進(jìn)入磁場(chǎng),離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)帶電粒子在電場(chǎng)方向的偏轉(zhuǎn)位移為電場(chǎng)寬度的一半,當(dāng)粒子從磁場(chǎng)右邊界上C點(diǎn)穿出磁場(chǎng)時(shí)速度方向與進(jìn)入電場(chǎng)O點(diǎn)時(shí)的速度方向一致,已知d、v0(帶電粒子重力不計(jì)),求:(1)粒子從C點(diǎn)穿出磁場(chǎng)時(shí)的速度大小;(2)電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的比值。答案(1)
9、v0(2)v0解析(1)粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),則垂直電場(chǎng)方向d=v0t,平行電場(chǎng)方向=t得vy=v0,到A點(diǎn)時(shí)速度大小為v=v0粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)速度大小不變,所以粒子從C點(diǎn)穿出磁場(chǎng)時(shí)速度大小仍為v0(2)粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)出A點(diǎn)時(shí)速度方向與水平方向成45角EB22d2yv22vy=t=,并且vy=v0得E=在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),如圖所示由幾何關(guān)系得R=d又qvB=,且v=v0得B=解得=v0qEm0qEdmv20mvqd22mvR20mvqdEB3-1如圖所示,在x軸上方存在垂直紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),x軸下方存在垂直紙面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一帶負(fù)電的粒子從原
10、點(diǎn)O以與x軸成30角斜向上的速度v射入磁場(chǎng),且在x軸上方運(yùn)動(dòng)半徑為R。則()A.粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)一定能回到原點(diǎn)OB.粒子在x軸上方和下方兩磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑之比為2 1C.粒子完成一次周期性運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為D.粒子第二次射入x軸上方磁場(chǎng)時(shí),沿x軸前進(jìn)3R答案D由r=可知,粒子在x軸上方和下方兩磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑之比2B23mqBmvqB為1 2,所以B錯(cuò)誤;粒子完成一次周期性運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t=T1+T2=+=,所以C錯(cuò)誤;粒子第二次射入x軸上方磁場(chǎng)時(shí)沿x軸前進(jìn)l=R+2R=3R,粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)不能回到原點(diǎn)O,所以A錯(cuò)誤,D正確。3-2如圖所示裝置中,區(qū)域和中分別有豎直向上和水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度分別為E和;區(qū)
11、域內(nèi)有垂直紙面向外的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的帶負(fù)電粒子(不計(jì)重力)從左邊界O點(diǎn)正上方的M點(diǎn)以速度v0水平射入電場(chǎng),經(jīng)水平分界線OP上的A點(diǎn)與OP成60角射入?yún)^(qū)域的磁場(chǎng),并垂直豎直邊界CD進(jìn)入?yún)^(qū)域的勻強(qiáng)電場(chǎng)中。求:16163mqB23mqBmqB2E(1)粒子在區(qū)域勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑;(2)O、M間的距離;(3)粒子從M點(diǎn)出發(fā)到第二次通過(guò)CD邊界所經(jīng)歷的時(shí)間。答案(1)(2)(3)+解析(1)粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),設(shè)粒子過(guò)A點(diǎn)時(shí)速度為v,由類(lèi)02mvqB2032mvqE0(83)mvqE3mqB平拋規(guī)律知v=粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由牛頓第二
12、定律得Bqv=m所以R=(2)設(shè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1,加速度為a。0cos60v2vR02mvqB則有qE=mav0tan60=at1即t1=O、M兩點(diǎn)間的距離為03mvqEL=a=(3)設(shè)粒子在區(qū)域磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2則由幾何關(guān)系知t2=設(shè)粒子在區(qū)域電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t3,則有a=則t3=2=2=粒子從M點(diǎn)出發(fā)到第二次通過(guò)CD邊界所用時(shí)間為t=t1+t2+t3=+=+1221t2032mvqE16T3mqB2Eqm2qEmva02va08mvqE03mvqE3mqB08mvqE0(83)mvqE3mqB考點(diǎn)四帶電粒子在交變電、磁場(chǎng)中的運(yùn)功考點(diǎn)四帶電粒子在交變電、磁場(chǎng)中的運(yùn)功解決帶電
13、粒子在交變電、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的基本思路典例典例4(2016安徽合肥模擬)如圖甲所示,帶正電粒子以水平速度v0從平行金屬板M、N間中線OO連續(xù)射入電場(chǎng)中。M、N板間接有如圖乙所示的隨時(shí)間t變化的電壓UMN,兩板間電場(chǎng)可看做是均勻的,且兩板外無(wú)電場(chǎng)。緊鄰金屬板右側(cè)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B,分界線為CD,EF為屏幕。金屬板間距為d,長(zhǎng)度為l,磁場(chǎng)的寬度為d。已知:B=510-3T,l=d=0.2m,每個(gè)帶正電粒子的速度v0=105m/s,比荷為=108C/kg,重力忽略不計(jì),在每個(gè)粒子通過(guò)電場(chǎng)區(qū)域的極短時(shí)間內(nèi),電場(chǎng)可視作是恒定不變的。試求:qm(1)帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)的最小半徑;(2)帶
14、電粒子射出電場(chǎng)時(shí)的最大速度;(3)帶電粒子打在屏幕上的范圍。答案(1)0.2m(2)105m/s(3)見(jiàn)解析2解析(1)t=0時(shí)刻射入電場(chǎng)的帶電粒子不被加速,進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑最小。此時(shí)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)有qv0B=則帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)的最小半徑rmin=m=0.2m其在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的徑跡如圖中曲線所示。20minmvr0mvqB58310105 10 (2)設(shè)兩板間電壓為U1時(shí),帶電粒子剛好從極板邊緣射出電場(chǎng),則有=at2=解得U1=100V2d12121U qdm20lv則在電壓低于100V時(shí),帶電粒子才能從兩板間射出電場(chǎng),電壓高于100V時(shí),帶電粒子打在極板上,不能從兩板間射
15、出。帶電粒子剛好從極板邊緣射出電場(chǎng)時(shí),速度最大,設(shè)最大速度為vmax,則有m=m+q解得vmax=105m/s(3)由第(1)問(wèn)計(jì)算可知,t=0時(shí)刻射入電場(chǎng)的粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑rmin=d=0.2m徑跡恰與屏幕相切,設(shè)切點(diǎn)為E,E為帶電粒子打在屏幕上的最高點(diǎn),則=rmin=0.2m帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)的速度最大時(shí),在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑最大,打在屏幕上的位置最低。122maxv1220v12U2O E設(shè)帶電粒子以最大速度射出電場(chǎng)進(jìn)入磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為rmax,打在屏幕上的位置為F,運(yùn)動(dòng)徑跡如圖中曲線所示。qvmaxB=則帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)的最大半徑rmax=m=m由數(shù)學(xué)
16、知識(shí)可得運(yùn)動(dòng)徑跡的圓心必落在屏幕上,如圖中Q點(diǎn)所示,并且Q點(diǎn)必與M板在同一水平線上。則=m=0.1m帶電粒子打在屏幕上的最低點(diǎn)為F,則2maxmaxmvrmaxmvqB5832 10105 10 25O Q2d0.22=rmax-=m=0.18m即帶電粒子打在屏幕上O上方0.2m到O下方0.18m的范圍內(nèi)。O FO Q20.15(1)解決帶電粒子在交變電、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí),關(guān)鍵要明確粒子在不同時(shí)間段內(nèi)、不同區(qū)域內(nèi)的受力情況,對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)情景、運(yùn)動(dòng)性質(zhì)作出判斷。(2)這類(lèi)問(wèn)題一般都具有周期性,在分析粒子運(yùn)動(dòng)時(shí),要注意粒子的運(yùn)動(dòng)周期、電場(chǎng)周期、磁場(chǎng)周期的關(guān)系。(3)帶電粒子在交變電、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)仍
17、遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律、運(yùn)動(dòng)的合成與分解、動(dòng)能定理、能量守恒定律等力學(xué)規(guī)律,所以此類(lèi)問(wèn)題的研究方法與質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)相同。4-1某空間存在著一個(gè)變化的電場(chǎng)和一個(gè)變化的磁場(chǎng),電場(chǎng)方向向右(如圖甲中由B到C的方向),電場(chǎng)變化如圖乙中E-t圖像,磁感應(yīng)強(qiáng)度變化如圖丙中B-t圖像。在A點(diǎn),從t=1s(即1s末)開(kāi)始,每隔2s,有一個(gè)相同的帶電粒子(重力不計(jì))沿AB方向(垂直于BC)以速度v射出,恰能擊中C點(diǎn),若=2且粒子在A、B間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間小于1s,求:ACBC(1)圖線上E0和B0的比值,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向;(2)若第1個(gè)粒子擊中C點(diǎn)的時(shí)刻已知為1+t,那么第2個(gè)粒子擊中C點(diǎn)的時(shí)刻是多少?答案(1)垂直紙面向外(2)2s+t解析設(shè)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為R。在第2秒內(nèi)只有磁場(chǎng)。軌跡如圖所示。3 32(1)因?yàn)?2=2d,所以R=2d第2秒內(nèi),僅有磁場(chǎng):qvB0=m=m第3秒內(nèi),僅有電場(chǎng):d=所以=v。粒子帶正電,故磁場(chǎng)方向垂直紙面向外。(2)t=,t=t。故第2個(gè)粒子擊中C點(diǎn)的時(shí)刻為2s+t。ACBC2vR22vd120qEm23dv00EB436T162 mqB3mqB32dv3dv3 323 32
高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 磁場(chǎng) 第3講 帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件
