带电粒子在组合场中的运动练习.doc

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1、带电粒子在组合场中的运动1．质谱仪(1)构造：如图831所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。2．回旋加速器(1)构造：如图832所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中。[典例]如图833所示为质谱仪的示意图。速度选择器部分的匀强电场的场强为E＝1.2×105V/m，匀强磁场的磁感强度为B1＝0.6T；偏转分离器的磁感应强度为B－272＝0.8T。求：(已知质子质量为1.67×10kg)(1)能通过速度选择器的粒子的速度大小。(2)质子和氘核以相同速度进入偏转分离器

2、后打在照相底片上的条纹之间的距离d。[针对训练]1．(多选)(2016·天水一模)质谱仪的构造原理如图834所示。从粒子源S出来时的粒子速度很小，可以看作初速为零，粒子经过电场加速后进入有界的垂直纸面向里的匀强磁场区域，并沿着半圆周运动而达到照相底片上的P点，测得P点到入口的距离为x，则以下说法正确的是()A．粒子一定带正电B．粒子一定带负电C．x越大，则粒子的质量与电量之比一定越大D．x越大，则粒子的质量与电量之比一定越小2．(多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒

3、，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图835所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是()A．增大匀强电场间的加速电压B．增大磁场的磁感应强度C．减小狭缝间的距离D．增大D形金属盒的半径要点二带电粒子在四类组合场中的运动(一)先电场后磁场(1)先在电场中做加速直线运动，然后进入磁场做圆周运动。(如图836甲、乙所示)在电场中利用动能定理或运动学公式求粒子刚进入磁场时的速度。(2)先在电场中做类平抛运动，然后进入磁场做圆周运动。(如

4、图837甲、乙所示)在电场中利用平抛运动知识求粒子进入磁场时的速度。[典例1](2016·日照检测)如图838所示，坐标平面第Ⅰ象限内存在大小为E＝4×105N/C、方向水平向左的匀强电场，在第Ⅱ象m－10限内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。质荷比＝4×10kg/C的带正q电的粒子，以初速度v70＝2×10m/s从x轴上的A点垂直x轴射入电场，OA＝0.2m，不计粒子的重力。(1)求粒子经过y轴时的位置到原点O的距离；(2)若要使粒子不能进入第Ⅲ象限，求磁感应强度B的取值范围(不考虑粒子第二次进入电场后的运动情况)。(

5、二)先磁场后电场对于粒子从磁场进入电场的运动，常见的有两种情况：(1)进入电场时粒子速度方向与电场方向相同或相反；(2)进入电场时粒子速度方向与电场方向垂直。(如图839甲、乙所示)[典例2](2014·全国卷)如图8310，在第一象限存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直于纸面(xOy平面)向外；在第四象限存在匀强电场，方向沿x轴负向。在y轴正半轴上某点以与x轴正向平行、大小为v0的速度发射出一带正电荷的粒子，该粒子在(d,0)点沿垂直于x轴的方向进入电场。不计重力。若该粒子离开电场时速度方向与y轴负方向的夹角为θ，求(1

6、)电场强度大小与磁感应强度大小的比值；(2)该粒子在电场中运动的时间。(三)先后两个磁场[典例3](2013·山东高考)如图8311所示，在坐标系xOy的第一、第三象限内存在相同的匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面向里；第四象限内有沿y轴正方向的匀强电场，电场强度大小为E。一带电量为＋q、质量为m的粒子，自y轴上的P点沿x轴正方向射入第四象限，经x轴上的Q点进入第一象限，随即撤去电场，以后仅保留磁场。已知OP＝d，OQ＝2d。不计粒子重力。(1)求粒子过Q点时速度的大小和方向。(2)若磁感应强度的大小为一确定值B0，粒

7、子将以垂直y轴的方向进入第二象限，求B0。(3)若磁感应强度的大小为另一确定值，经过一段时间后粒子将再次经过Q点，且速度与第一次过Q点时相同，求该粒子相邻两次经过Q点所用的时间。(四)先后多个电、磁场[典例4](2015·天津高考)现代科学仪器常利用电场、磁场控制带电粒子的运动。真空中存在着如图8312所示的多层紧密相邻的匀强电场和匀强磁场，电场与磁场的宽度均为d。电场强度为E，方向水平向右；磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，电场、磁场的边界互相平行且与电场方向垂直。一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子在第1层电场左侧

8、边界某处由静止释放，粒子始终在电场、磁场中运动，不计粒子重力及运动时的电磁辐射。图8312(1)求粒子在第2层磁场中运动时速度v2的大小与轨迹半径r2；(2)粒子从第n层磁场右侧边界穿出时，速度的方向与水平方向的夹角为θn，求出sinθn；(3)若粒子恰好不能从第n层磁场右侧边界穿出，试问在其他条件不变的情况下，也进入第n层磁场，