高中物理速度选择器和回旋加速器解题技巧(超强)及练习题
高考物理速度选择器和回旋加速器技巧和方法完整版及练习题及解析
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一、速度选择器和回旋加速器
1.某粒子源向周围空间辐射带电粒子,工作人员欲通过质谱仪测量粒子的比荷,如图所示,其中S 为粒子源,A 为速度选择器,当磁感应强度为B 1,两板间电压为U ,板间距离为d 时,仅有沿轴线方向射出的粒子通过挡板P 上的狭缝进入偏转磁场,磁场的方向垂直于纸面向外,磁感应强度大小为B 2,磁场右边界MN 平行于挡板,挡板与竖直方向夹角为α,最终打在胶片上离狭缝距离为L 的D 点,不计粒子重力。求: (1)射出粒子的速率; (2)射出粒子的比荷;
(3)MN 与挡板之间的最小距离。
【答案】(1)1U B
d (2)22cos v B L α(3)(1sin )2cos L αα
-
【解析】 【详解】
(1)粒子在速度选择器中做匀速直线运动, 由平衡条件得:
qυB 1=q
U
d
解得υ=1U
B d
;
(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动,运动轨迹如图所示:
由几何知识得:
r =2cos L
α
=2cos L
α
粒子在磁场中做圆周运动,由牛顿第二定律得qυB 2=m
2
r
υ,解得:
q m =
2
2
cos
v
B L
α
(3)MN与挡板之间的最小距离:
d=r﹣r sinα=
(1sin)
2cos
Lα
α
-
答:(1)射出粒子的速率为
1
U
B d;(
2)射出粒子的比荷为
2
2cos
v
B L
α
;
(3)MN与挡板之间的最小距离为
(1sin)
2cos
Lα
α
-
。
2.如图,空间存在匀强电场和匀强磁场,电场方向为y轴正方向,磁场方向垂直于xy平面(纸面)向外,电场E和磁场B都可以随意加上或撤除,重新加上的电场或磁场与撤除前的一样。一带正电的粒子质量为m、电荷量为q从P(x=0,y=h)点以一定的速度平行于x 轴正向入射。这时若只有磁场,粒子将做半径为R0的圆周运动;若同时存在电场和磁场,粒子恰好做直线运动.求:
高中物理速度选择器和回旋加速器技巧(很有用)及练习题及解析
(1)要使离子流穿过电场和磁场区域而不发生偏转,电场强度的方向如何?离子流的速度多大?
【解析】
【详解】
(1)由题可知电场力与洛伦兹力平衡,即
qE=Bqv0
解得
B=
由左手定则可知磁感应强度的方向垂直纸面向里。
(2)粒子在磁场中的运动轨迹如图所示,
设带电粒子在磁场中的轨迹半径为r,根据洛伦兹力充当向心力得
Bqv0=m
由几何关系可知
r= R,
联立得
=
(3)粒子从P到N做类平抛运动,根据几何关系可得
【解析】
(1)设质子第1此经过狭缝被加速后的速度为v1: 解得
解得:
(2)当粒子在磁场中运动半径非常接近D型盒的半径A时,粒子的动能最大,设速度为vm,则
解得
回旋加速器正常工作时高频交变电压的频率等于粒子回旋的频率,则设粒子在磁场中运动的周期为T,则:
则
(3)设质子从静止开始加速到粒子离开加速了n圈,粒子在出口处的速度为v,根据动能定理可得:
(1)磁场B2的方向垂直纸面向里还是向外?
高中物理高考物理速度选择器和回旋加速器技巧(很有用)及练习题
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一、速度选择器和回旋加速器
1.某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示,A 为粒子加速器,加速电压为U 1;B 为速度选择器,磁场与电场正交,电场方向向左,两板间的电势差为U 2,距离为d ;C 为偏转分离器,磁感应强度为B 2,方向垂直纸面向里。今有一质量为m 、电荷量为e 的正粒子(初速度忽略,不计重力),经加速后,该粒子恰能通过速度选择器,粒子进入分离器后做匀速圆周运动,打在照相底片D 上。求: (1)磁场B 1的大小和方向
(2)现有大量的上述粒子进入加速器A ,但加速电压不稳定,在11U U -∆到11U U +∆范围内变化,可以通过调节速度选择器两板的电势差在一定范围内变化,使得加速后的不同速度的粒子都有机会进入C ,则打在照相底片D 上的宽度和速度选择器两板的电势差的变化范围。
【答案】(1)2112U m
B d
U e
=
2)()()11112222m U U m U U D B e e +∆-∆=,()11min 1
U U U U U -∆=()
11max 1
U U U U U +∆=【解析】 【分析】 【详解】
(1)在加速电场中
2112
U e mv =
12U e
v m
=
在速度选择器B 中
2
1U eB v e d
=
得
1B =
根据左手定则可知方向垂直纸面向里;
(2)由可得加速电压不稳后获得的速度在一个范围内变化,最小值为
1v =
1
12
mv R eB =
最大值为
2v =
2
22
mv R eB =
打在D 上的宽度为
2122D R R =-
高中物理速度选择器和回旋加速器常见题型及答题技巧及练习题
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一、速度选择器和回旋加速器
1.如图所示,水平放置的两平行金属板间存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场。已知两板间的电势差为U ,距离为d ;匀强磁场的磁感应强度为B ,方向垂直纸面向里。一质量为m 、电荷量为q 的带电粒子从A 点沿水平方向射入到两板之间,恰好沿直线从M 点射出;如果撤去磁场,粒子从N 点射出。M 、N 两点间的距离为h 。不计粒子的重力。求: (1)匀强电场场强的大小E ; (2)粒子从A 点射入时的速度大小v 0; (3)粒子从N 点射出时的动能E k 。
【答案】(1)电场强度U E d =;(2)0U v Bd
=;(3)2
222k qUh mU E d B d =+
【解析】 【详解】
(1)电场强度U E d
=
(2)粒子做匀速直线运动,电场力与洛伦兹力大小相等,方向相反,有:0qE qv B = 解得0E U v B Bd
=
= (3)粒子从N 点射出,由动能定理得:2012
k qE h E mv ⋅=-
解得2
222k qUh mU E d B d
=+
2.如图所示的直角坐标系xOy ,在其第二象限内有垂直纸面向里的匀强磁场和沿y 轴负方向的匀强电场。虚线OA 位于第一象限,与y 轴正半轴的夹角θ=60°,在此角范围内有垂直纸面向外的匀强磁场;OA 与y 轴负半轴所夹空间里存在与OA 平行的匀强电场,电场强度大小E =10N/C 。一比荷q =1×106C/kg 的带电粒子从第二象限内M 点以速度v =2.0×103m/s 沿x 轴正方向射出,M 点到x 轴距离d =1.0m ,粒子在第二象限内做直线运动;粒子进入第一象限后从直线OA 上的P 点(P 点图中未画出)离开磁场,且OP =d 。不计粒子重力。 (1)求第二象限中电场强度和磁感应强度的比值0
高中物理速度选择器和回旋加速器技巧(很有用)及练习题
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一、速度选择器和回旋加速器
1.某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示,A 为粒子加速器,加速电压为U 1;B 为速度选择器,磁场与电场正交,电场方向向左,两板间的电势差为U 2,距离为d ;C 为偏转分离器,磁感应强度为B 2,方向垂直纸面向里。今有一质量为m 、电荷量为e 的正粒子(初速度忽略,不计重力),经加速后,该粒子恰能通过速度选择器,粒子进入分离器后做匀速圆周运动,打在照相底片D 上。求: (1)磁场B 1的大小和方向
(2)现有大量的上述粒子进入加速器A ,但加速电压不稳定,在11U U -∆到11U U +∆范围内变化,可以通过调节速度选择器两板的电势差在一定范围内变化,使得加速后的不同速度的粒子都有机会进入C ,则打在照相底片D 上的宽度和速度选择器两板的电势差的变化范围。
【答案】(1)2112U m
B d
U e
=
2)()()11112222m U U m U U D B e e +∆-∆=,()11min 1
U U U U U -∆=()
11max 1
U U U U U +∆=【解析】 【分析】 【详解】
(1)在加速电场中
2112
U e mv =
12U e
v m
=
在速度选择器B 中
2
1U eB v e d
=
得
1B =
根据左手定则可知方向垂直纸面向里;
(2)由可得加速电压不稳后获得的速度在一个范围内变化,最小值为
1v =
1
12
mv R eB =
最大值为
2v =
2
22
mv R eB =
打在D 上的宽度为
2122D R R =-
高中物理速度选择器和回旋加速器习题知识归纳总结附答案
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一、高中物理解题方法:速度选择器和回旋加速器
1.如图所示,两平行金属板AB 中间有互相垂直的匀强电场和匀强磁场。A 板带正电荷,B 板带等量负电荷,电场强度为E ;磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度为B 1。平行金属板右侧有一挡板M ,中间有小孔O ′,OO ′是平行于两金属板的中心线。挡板右侧有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B 2,CD 为磁场B 2边界上的一绝缘板,它与M 板的夹角θ=45°,现有大量质量均为m ,电荷量为q 的带正电的粒子(不计重力),自O 点沿OO ′方向水平向右进入电磁场区域,其中有些粒子沿直线OO ′方向运动,通过小孔O ′进入匀强磁场B 2,如果这些粒子恰好以竖直向下的速度打在CD 板上的E 点(E 点未画出),求:
(1)能进入匀强磁场B 2的带电粒子的初速度v ; (2)CE 的长度L
(3)粒子在磁场B 2中的运动时间. 【答案】(1)1
E B (2) 12
2mE
qB B (3) 2m qB π 【解析】 【详解】
(1)沿直线OO ′运动的带电粒子,设进入匀强磁场B 2的带电粒子的速度为v , 根据
B 1qv =qE
解得:
v =
1
E
B (2)粒子在磁感应强度为B 2磁场中做匀速圆周运动,故:
2
2v qvB m r
=
解得:
r =2mv
qB =12
mE qB B 该粒子恰好以竖直向下的速度打在CD 板上的E 点,CE 的长度为:
L =
45r sin =2r 12
2mE
(3) 粒子做匀速圆周运动的周期2
高中物理速度选择器和回旋加速器及其解题技巧及练习题
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一、速度选择器和回旋加速器
1.如图所示,两平行金属板AB 中间有互相垂直的匀强电场和匀强磁场。A 板带正电荷,B 板带等量负电荷,电场强度为E ;磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度为B 1。平行金属板右侧有一挡板M ,中间有小孔O ′,OO ′是平行于两金属板的中心线。挡板右侧有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B 2,CD 为磁场B 2边界上的一绝缘板,它与M 板的夹角θ=45°,现有大量质量均为m ,电荷量为q 的带正电的粒子(不计重力),自O 点沿OO ′方向水平向右进入电磁场区域,其中有些粒子沿直线OO ′方向运动,通过小孔O ′进入匀强磁场B 2,如果这些粒子恰好以竖直向下的速度打在CD 板上的E 点(E 点未画出),求:
(1)能进入匀强磁场B 2的带电粒子的初速度v ; (2)CE 的长度L
(3)粒子在磁场B 2中的运动时间.
【答案】(1)1 E B (2) 12
2mE qB B (3) 2m qB π 【解析】 【详解】
(1)沿直线OO ′运动的带电粒子,设进入匀强磁场B 2的带电粒子的速度为v , 根据
B 1qv =qE
解得:
v =
1
E
B (2)粒子在磁感应强度为B 2磁场中做匀速圆周运动,故:
2
2v qvB m r
=
解得:
r =2mv qB =12
mE qB B 该粒子恰好以竖直向下的速度打在CD 板上的E 点,CE 的长度为:
L =
45r sin o
2r 12
2mE
(3) 粒子做匀速圆周运动的周期2
m
T qB
π= 2t m qB
高中物理速度选择器和回旋加速器解题技巧及练习题含解析
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一、速度选择器和回旋加速器
1.某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示,A 为粒子加速器,加速电压为U 1;B 为速度选择器,磁场与电场正交,电场方向向左,两板间的电势差为U 2,距离为d ;C 为偏转分离器,磁感应强度为B 2,方向垂直纸面向里。今有一质量为m 、电荷量为e 的正粒子(初速度忽略,不计重力),经加速后,该粒子恰能通过速度选择器,粒子进入分离器后做匀速圆周运动,打在照相底片D 上。求: (1)磁场B 1的大小和方向
(2)现有大量的上述粒子进入加速器A ,但加速电压不稳定,在11U U -∆到11U U +∆范围内变化,可以通过调节速度选择器两板的电势差在一定范围内变化,使得加速后的不同速度的粒子都有机会进入C ,则打在照相底片D 上的宽度和速度选择器两板的电势差的变化范围。
【答案】(1)2112U m
B d
U e
=
2)()()11112222m U U m U U D B e e +∆-∆=,()11min 1
U U U U U -∆=()
11max 1
U U U U U +∆=【解析】 【分析】 【详解】
(1)在加速电场中
2112
U e mv =
12U e
v m
=
在速度选择器B 中
2
1U eB v e d
=
得
1B =
根据左手定则可知方向垂直纸面向里;
(2)由可得加速电压不稳后获得的速度在一个范围内变化,最小值为
1v =
1
12
mv R eB =
最大值为
2v =
2
22
mv R eB =
打在D 上的宽度为
2122D R R =-
高考物理速度选择器和回旋加速器常见题型及答题技巧及练习题
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一、速度选择器和回旋加速器
1.边长L =0.20m的正方形区域内存在匀强磁场和匀强电场,其电场强度为E =
1×104
V/m ,磁感强度B =0.05T ,磁场方向垂直纸面向里,当一束质荷比为m
q
=5×10-8kg/C
的正离子流,以一定的速度从电磁场的正方形区域的边界中点射入,离子流穿过电磁场区域而不发生偏转,如右图所示,不计正离子的重力,求: (1)电场强度的方向和离子流的速度大小
(2)在离电磁场区域右边界D=0.4m 处有与边界平行的平直荧光屏.若撤去电场,离子流击中屏上a 点;若撤去磁场,离子流击中屏上b 点,则ab 间的距离是多少?.
【答案】(1)竖直向下;52s 10m /⨯(2)1.34m 【解析】 【详解】
(1)正离子经过正交场时竖直方向平衡,因洛伦兹力向上,可知电场力向下,则电场方向竖直向下; 由受力平衡得
qE qvB =
离子流的速度
5210m /s E
v B
=
=⨯ (2)撤去电场,离子在磁场中做匀速圆周运动,所需向心力由洛伦兹力提供,则有
2
v qvB m r
=
故
0.2m mv
r qB
=
= 离子离开磁场后做匀速直线运动,作出离子的运动轨迹如图一所示
图一
由几何关系可得,圆心角60θ
=︒
1sin (0.60.13)m x L D R θ=+-=- 11tan (0.630.3)m=0.74m y x θ==-
若撤去磁场,离子在电场中做类平抛运动,离开电场后做匀速直线运动,运动轨迹如图二所示
图二
通过电场的时间
6110L
高中物理速度选择器和回旋加速器解题技巧分析及练习题
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一、速度选择器和回旋加速器
1.如图所示,相距为d 的平行金属板M 、N 间存在匀强电场和垂直纸面向里、磁感应强度为B 0的匀强磁场;在xOy 直角坐标平面内,第一象限有沿y 轴负方向场强为E 的匀强电场,第四象限有垂直坐标平面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场.一质量为m 、电荷量为q 的正离子(不计重力)以初速度v 0沿平行于金属板方向射入两板间并做匀速直线运动,从P 点垂直y 轴进入第一象限,经过x 轴上的A 点射出电场进入磁场.已知离子过A 点时的速度方向与x 轴成45°角.求:
(1)金属板M 、N 间的电压U ;
(2)离子运动到A 点时速度v 的大小和由P 点运动到A 点所需时间t ;
(3)离子第一次离开第四象限磁场区域的位置C (图中未画出)与坐标原点的距离OC .
【答案】(1)00B v d ;(2) t =0mv qE
;(3) 2
00
2mv mv qE qB + 【解析】 【分析】 【详解】
离子的运动轨迹如下图所示
(1)设平行金属板M 、N 间匀强电场的场强为0E ,则有:0U E d =
因离子所受重力不计,所以在平行金属板间只受有电场力和洛伦兹力,又因离子沿平行于金属板方向射入两板间并做匀速直线运动,则由平衡条件得:000qE qv B = 解得:金属板M 、N 间的电压00U B v d =
(2)在第一象限的电场中离子做类平抛运动,则由运动的合成与分解得:0
cos 45v v
= 故离子运动到A 点时的速度:02v v =
高中物理速度选择器和回旋加速器解题技巧讲解及练习题
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一、速度选择器和回旋加速器
1.某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示,A 为粒子加速器,加速电压为U 1;B 为速度选择器,磁场与电场正交,电场方向向左,两板间的电势差为U 2,距离为d ;C 为偏转分离器,磁感应强度为B 2,方向垂直纸面向里。今有一质量为m 、电荷量为e 的正粒子(初速度忽略,不计重力),经加速后,该粒子恰能通过速度选择器,粒子进入分离器后做匀速圆周运动,打在照相底片D 上。求: (1)磁场B 1的大小和方向
(2)现有大量的上述粒子进入加速器A ,但加速电压不稳定,在11U U -∆到11U U +∆范围内变化,可以通过调节速度选择器两板的电势差在一定范围内变化,使得加速后的不同速度的粒子都有机会进入C ,则打在照相底片D 上的宽度和速度选择器两板的电势差的变化范围。
【答案】(1)2112U m
B d
U e
=
2)()()11112222m U U m U U D B e e +∆-∆=,()11min 1
U U U U U -∆=()
11max 1
U U U U U +∆=【解析】 【分析】 【详解】
(1)在加速电场中
2112
U e mv =
12U e
v m
=
在速度选择器B 中
2
1U eB v e d
=
得
1B =
根据左手定则可知方向垂直纸面向里;
(2)由可得加速电压不稳后获得的速度在一个范围内变化,最小值为
1v =
1
12
mv R eB =
最大值为
2v =
2
22
mv R eB =
打在D 上的宽度为
2122D R R =-
高中物理速度选择器和回旋加速器解题技巧及经典题型及练习题
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一、速度选择器和回旋加速器
1.如图所示,在直角坐标系xOy 平面内有一个电场强度大小为E 、方向沿-y 方向的匀强电场,同时在以坐标原点O 为圆心、半径为R 的圆形区域内,有垂直于xOy 平面的匀强磁场,该圆周与x 轴的交点分别为P 点和Q 点,M 点和N 点也是圆周上的两点,OM 和ON 的连线与+x 方向的夹角均为θ=60°。现让一个α粒子从P 点沿+x 方向以初速度v 0射入,α粒子恰好做匀速直线运动,不计α粒子的重力。 (1)求匀强磁场的磁感应强度的大小和方向;
(2)若只是把匀强电场撤去,α粒子仍从P 点以同样的速度射入,从M 点离开圆形区域,求α
粒子的比荷
q m
; (3)
若把匀强磁场撤去,α粒子的比荷
q
m
不变,α粒子仍从P 点沿+x 方向射入,从N 点离开圆形区域,求α粒子在P 点的速度大小。
【答案】(1)0E v ,方向垂直纸面向里(2)03BR (3)3v 0 【解析】 【详解】
(1)由题可知电场力与洛伦兹力平衡,即
qE =Bqv 0
解得
B =
E
v 由左手定则可知磁感应强度的方向垂直纸面向里。 (2)粒子在磁场中的运动轨迹如图所示,
设带电粒子在磁场中的轨迹半径为r ,根据洛伦兹力充当向心力得
Bqv 0=m 20
v r
由几何关系可知
r =3R ,
联立得
q m
=03BR (3)粒子从P 到N 做类平抛运动,根据几何关系可得
x =3
2
R =vt y =
32
R =12×qE m t 2 又
qE =Bqv 0
联立解得
v =
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一、速度选择器和回旋加速器
1.某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示,A 为粒子加速器,加速电压为U 1;B 为速度选择器,磁场与电场正交,电场方向向左,两板间的电势差为U 2,距离为d ;C 为偏转分离器,磁感应强度为B 2,方向垂直纸面向里。今有一质量为m 、电荷量为e 的正粒子(初速度忽略,不计重力),经加速后,该粒子恰能通过速度选择器,粒子进入分离器后做匀速圆周运动,打在照相底片D 上。求: (1)磁场B 1的大小和方向
(2)现有大量的上述粒子进入加速器A ,但加速电压不稳定,在11U U -∆到11U U +∆范围内变化,可以通过调节速度选择器两板的电势差在一定范围内变化,使得加速后的不同速度的粒子都有机会进入C ,则打在照相底片D 上的宽度和速度选择器两板的电势差的变化范围。
【答案】(1)2112U m
B d
U e
=
2)()()11112222m U U m U U D B e e +∆-∆=,()11min 1
U U U U U -∆=()
11max 1
U U U U U +∆=【解析】 【分析】 【详解】
(1)在加速电场中
2112
U e mv =
12U e
v m
=
在速度选择器B 中
2
1U eB v e d
=
得
1B =
根据左手定则可知方向垂直纸面向里;
(2)由可得加速电压不稳后获得的速度在一个范围内变化,最小值为
1v =
1
12
mv R eB =
最大值为
2v =
2
22
mv R eB =
打在D 上的宽度为
2122D R R =-
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一、速度选择器和回旋加速器
1.如图,平行金属板的两极板之间的距离为d ,电压为U 。两极板之间有一匀强磁场,磁感应强度大小为B 0,方向与金属板面平行且垂直于纸面向里。两极板上方一半径为R 、圆心为O 的圆形区域内也存在匀强磁场,磁感应强度大小为B ,方向垂直于纸面向里。一带正电的粒子从A 点以某一初速度沿平行于金属板面且垂直于磁场的方向射入两极板间,而后沿直径CD 方向射入圆形磁场区域,并从边界上的F 点射出。已知粒子在圆形磁场区域运动过程中的速度偏转角2
3
π
θ=
,不计粒子重力。求:
(1)粒子初速度v 的大小; (2)粒子的比荷。
【答案】(1)v = o U B d (2)3o q U m BB Rd
= 【解析】 【详解】
(1)粒子在平行金属板之间做匀速直线运动 qvB 0 = qE ① U = Ed ②
由①②式得v = o U
B d
③ (2)在圆形磁场区域,粒子做匀速圆周运动,由牛顿第二定律有
2
v qvB m r
= ④
由几何关系有:tan
2
R
r
θ
=
⑤ 由③④⑤式得:
3o q U
m BB Rd
=
⑥
2.如图所示,两平行金属板相距为d ,板间电压为U .两板之间还存在匀强磁场,磁感应
强度大小为B,方向垂直纸面向里.平行金属板的右侧存在有界匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ,其磁感应强度的大小分别为B和2B.三条磁场边界彼此平行且MN与PQ间的距离为L.一群质量不同、电荷量均为+q的粒子以一速度恰沿图中虚线OO'穿过平行金属板,然后垂直边界MN进入区域Ⅰ和Ⅱ,最后所有粒子均从A点上方(含A点)垂直于PQ穿出磁
高考物理速度选择器和回旋加速器常见题型及答题技巧及练习题
高考物理速度选择器和回旋加速器常见题型及答题技巧及练习题
一、速度选择器和回旋加速器
1.某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示,A 为粒子加速器,加速电压为U 1;B 为速度选择器,磁场与电场正交,电场方向向左,两板间的电势差为U 2,距离为d ;C 为偏转分离器,磁感应强度为B 2,方向垂直纸面向里。今有一质量为m 、电荷量为e 的正粒子(初速度忽略,不计重力),经加速后,该粒子恰能通过速度选择器,粒子进入分离器后做匀速圆周运动,打在照相底片D 上。求: (1)磁场B 1的大小和方向
(2)现有大量的上述粒子进入加速器A ,但加速电压不稳定,在11U U -∆到11U U +∆范围内变化,可以通过调节速度选择器两板的电势差在一定范围内变化,使得加速后的不同速度的粒子都有机会进入C ,则打在照相底片D 上的宽度和速度选择器两板的电势差的变化范围。
【答案】(1)2112U m
B d
U e
=
2)()()11112222m U U m U U D B e e +∆-∆=,()11min 1
U U U U U -∆=()
11max 1
U U U U U +∆=【解析】 【分析】 【详解】
(1)在加速电场中
2112
U e mv =
12U e
v m
=
在速度选择器B 中
2
1U eB v e d
=
得
1B =
根据左手定则可知方向垂直纸面向里;
(2)由可得加速电压不稳后获得的速度在一个范围内变化,最小值为
1v =
1
12
mv R eB =
最大值为
2v =
2
22
mv R eB =
打在D 上的宽度为
2122D R R =-
最新物理速度选择器和回旋加速器题20套(带答案)
最新物理速度选择器和回旋加速器题20套(带答案)
一、速度选择器和回旋加速器
1.如图所示的直角坐标系xOy ,在其第二象限内有垂直纸面向里的匀强磁场和沿y 轴负方向的匀强电场。虚线OA 位于第一象限,与y 轴正半轴的夹角θ=60°,在此角范围内有垂直纸面向外的匀强磁场;OA 与y 轴负半轴所夹空间里存在与OA 平行的匀强电场,电场强度大小E =10N/C 。一比荷q =1×106C/kg 的带电粒子从第二象限内M 点以速度v =2.0×103m/s 沿x 轴正方向射出,M 点到x 轴距离d =1.0m ,粒子在第二象限内做直线运动;粒子进入第一象限后从直线OA 上的P 点(P 点图中未画出)离开磁场,且OP =d 。不计粒子重力。
(1)求第二象限中电场强度和磁感应强度的比值
E B ;
(2)求第一象限内磁场的磁感应强度大小B ;
(3)粒子离开磁场后在电场中运动是否通过x 轴?如果通过x 轴,求其坐标;如果不通过x 轴,求粒子到x 轴的最小距离。
【答案】(1)32.010m/s ⨯;(2)3210T -⨯;(3)不会通过,0.2m 【解析】 【详解】
(1)由题意可知,粒子在第二象限内做匀速直线运动,根据力的平衡有
00qvB qE =
解得
30
2.010m/s E B =⨯ (2)粒子在第二象限的磁场中做匀速圆周运动,由题意可知圆周运动半径
1.0m R d ==
根据洛伦兹力提供向心力有
2
v qvB m R
=
解得磁感应强度大小
3210T B -=⨯
(3)粒子离开磁场时速度方向与直线OA 垂直,粒子在匀强电场中做曲线运动,粒子沿y 轴负方向做匀减速直线运动,粒子在P 点沿y 轴负方向的速度大小
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高中物理速度选择器和回旋加速器解题技巧(超强)及练习题
一、速度选择器和回旋加速器
1.如图所示,水平放置的两平行金属板间存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场。已知两板间的电势差为U ,距离为d ;匀强磁场的磁感应强度为B ,方向垂直纸面向里。一质量为m 、电荷量为q 的带电粒子从A 点沿水平方向射入到两板之间,恰好沿直线从M 点射出;如果撤去磁场,粒子从N 点射出。M 、N 两点间的距离为h 。不计粒子的重力。求: (1)匀强电场场强的大小E ; (2)粒子从A 点射入时的速度大小v 0; (3)粒子从N 点射出时的动能E k 。
【答案】(1)电场强度U E d =;(2)0U v Bd
=;(3)2
222k qUh mU E d B d =+
【解析】 【详解】
(1)电场强度U E d
=
(2)粒子做匀速直线运动,电场力与洛伦兹力大小相等,方向相反,有:0qE qv B = 解得0E U v B Bd
=
= (3)粒子从N 点射出,由动能定理得:2012
k qE h E mv ⋅=-
解得2
222k qUh mU E d B d
=+
2.如图所示,一束质量为m 、电荷量为q 的粒子,恰好沿直线从两带电平行板正中间通过,沿圆心方向进入右侧圆形匀强磁场区域,粒子经过圆形磁场区域后,其运动方向与入射方向的夹角为θ(弧度).已知粒子的初速度为v 0,两平行板间与右侧圆形区域内的磁场的磁感应强度大小均为B ,方向均垂直纸面向内,两平行板间距为d ,不计空气阻力及粒子重力的影响,求:
(1)两平行板间的电势差U ;
(2)粒子在圆形磁场区域中运动的时间t;
(3)圆形磁场区域的半径R.
【答案】(1)U=Bv0d;(2)
m
qB
θ
;(3)R=
tan
2
mv
qB
θ
【解析】
【分析】
(1)由粒子在平行板间做直线运动可知洛伦兹力和电场力平衡,可得两平行板间的电势差.
(2)在圆形磁场区域中,洛伦兹力提供向心力,找到转过的角度和周期的关系可得粒子在圆形磁场区域中运动的时间.
(3))由几何关系求半径R.
【详解】
(1)由粒子在平行板间做直线运动可知,Bv0q=qE,平行板间的电场强度E=
U
d
,解得两平行板间的电势差:U=Bv0d
(2)在圆形磁场区域中,由洛伦兹力提供向心力可知:
Bv0q=m
2
v
r
同时有T=
2r
v
π
粒子在圆形磁场区域中运动的时间t=
2
θ
π
T
解得t=
m
Bq
θ
(3)由几何关系可知:r tan
2
θ
=R
解得圆形磁场区域的半径R=0
tan
2
mv
qB
θ
3.如图为质谱仪的原理图。电容器两极板的距离为d,两板间电压为U,极板间的匀强磁场的磁感应强度为B1,方向垂直纸面向里。一束带电量均为q但质量不同的正粒子从图示方
向射入,沿直线穿过电容器后进入另一磁感应强度为B 2的匀强磁场,磁场B 2方向与纸面垂直,结果分别打在a 、b 两点,若打在a 、b 两点的粒子质量分别为1m 和2m .求:
(1)磁场B 2的方向垂直纸面向里还是向外? (2)带电粒子的速度是多少?
(3)打在a 、b 两点的距离差△x 为多大? 【答案】(1)垂直纸面向外 (2)1U
v B d = (3)12122()U m m x qB B d
-∆= 【解析】 【详解】
(1)带正电的粒子进入偏转磁场后,受洛伦兹力而做匀速圆周运动, 因洛伦兹力向左,由左手定则知,则磁场垂直纸面向外. (2)带正电的粒子直线穿过速度选择器,受力分析可知:
1U
qvB q
d
= 解得:1U v B d
=
(3)两粒子均由洛伦兹力提供向心力
2
2v qvB m R
=
可得:112m v R qB =
,222
m v
R qB = 两粒子打在底片上的长度为半圆的直径,则:
1222x R R ∆=-
联立解得:12122()
U m m x qB B d
-∆=
4.如图所示为一速度选择器,也称为滤速器的原理图.K 为电子枪,由枪中沿KA 方向射出的电子,速度大小不一.当电子通过方向互相垂直的均匀电场和磁场后,只有一定速率的电子能沿直线前进,并通过小孔S .设产生匀强电场的平行板间的电压为300 V ,间距为5 cm ,垂直纸面的匀强磁场的磁感应强度为0.06 T ,问:
(1)磁场的方向应该垂直纸面向里还是垂直纸面向外? (2)速度为多大的电子才能通过小孔S?
【答案】(1)磁场方向垂直纸面向里(2)1×105m/s 【解析】 【分析】 【详解】
(1)由题图可知,平行板产生的电场强度E 方向向下.带负电的电子受到的静电力F E =eE ,方向向上.若没有磁场,电子束将向上偏转,为了使电子能够穿过小孔S ,所加的磁场施于电子束的洛伦兹力必须是向下的,根据左手定则分析得出,B 的方向垂直于纸面向里.
(2)能够通过小孔的电子,其速率满足evB =eE 解得:v =E B 又因为E =U d
所以v =
U
Bd
=1×105m/s 即只有速率为1×105m/s 的电子才可以通过小孔S
5.如图所示,M 、N 为水平放置的两块平行金属板,板间距为L ,两板间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电势差为MN 0U U =-,磁感应强度大小为0B .一个带正电的粒子从两板中点垂直于正交的电、磁场水平射入,沿直线通过金属板,并沿与ab 垂直的方向由d 点进入如图所示的区域(忽略电磁场的边缘效应).直线边界ab 及ac 在同一竖直平面内,且沿ab 、ac 向下区域足够大,不计粒子重力,30a ∠=︒,求: