2019届高三物理第一轮复习第九章磁场第五节《带电粒子在复合场中运动的综合》学案学生版

第九章磁场

第五节带电粒子在复合场中运动的综合

一、学习目标

1.会分析磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器等磁场的实际应用问题.

2.能解决带电粒子在周期性变化的电磁场中运动问题.

二、知识梳理

三、例题与即时训练

(2018·陕西宝鸡质检)(多选)如图所示为一种质谱仪示意图,由加速电场、静电分析器和磁分析器组成.若弧形静电分析器通道中心的半径为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,最终打在胶片上的Q 点.不计粒子重力.下列说法正确的是

( )

A.粒子带负电

B.加速电场的电压U=2

1ER C.直径PQ 长度为2B qmER

D.若一群粒子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点,则该群粒子具有相同的比荷

【即时训练1】 (多选)利用霍尔效应原理制造的磁强计可以用来测量磁场的磁感应强度.磁强计的原理如图所示:将一体积为a ×b ×c 的长方体导电材料,放在沿x 轴正方向的匀强磁场中,已知材料中单位体积内参与导电的带电粒子数为n,带电粒子的电荷量为q,导电过程中,带电粒子所做的定向移动可认为是匀速运动.当材料中通有沿y 轴正方向的电流I 时,稳定后材料上下两表面间出现恒定的电势差U(由电压表读出U,即可推出B).则下面判断正确的是( )

A.磁感应强度B=ncq I

U B.磁感应强度B=cqUI n

C.n 越小,磁强计灵敏度越高

D.n 越小,磁强计灵敏度越低

【即时训练2】(2018·江西新余重点中学联考)(多选)回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用,其原理如图所示.D1和D2是两个中空的半圆形金属盒,置于与盒面垂直的匀强磁场中,它们接在电压为U、周期为T的交流电源上.位于D1圆心处的质子源A 能不断产生质子(初速度可以忽略),它们在两盒之间被电场加速.当质子被加速到最大动能E k后,再将它们引出.忽略质子在电场中的运动时间,则下列说法中正确的是( )

A.若只增大交变电压U,则质子的最大动能E k会变大

B.若只增大交变电压U,则质子在回旋加速器中运行的时间会变短

C.若只将交变电压的周期变为2T,仍可用此装置加速质子

D.质子第n∶

【即时训练3】质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具,它的构造原理如图所示.粒子源S发出两种带正电的同位素粒子甲和乙,两种粒子从S出来时速度很小,可忽略不计.粒子经过加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场(图

中线框所示),最终打到照相底片上.测得甲、乙两种粒子打

在照相底片上的点到入射点的距离之比为5∶4.则它们在

磁场中运动的时间之比是()

A.5∶4

B.4∶5

C.25∶16

D.16∶25

【即时训练4】质谱仪的工作原理)(2016·全国Ⅰ卷,15)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.此离子跟质子的质量比约为()

A.11

B.12

C.121

D.144

【典例2】 如图(甲)所示,两块足够大的平行金属极板水平放置,极板间加有空间分布均匀、大小随时间周期性变化的电场和磁场,变化规律分别如图(乙)、(丙)所示(规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向).在t=0时由负极板释放一个初速度为零的带负电粒子(不计重力).若电场强度E 0、磁感应强度B 0、粒子的比荷

q m

均已知,且t 0=02πm qB ,两板间距h=202

010πmE qB . 求粒子在0～t 0时间内的位移大小与极板间距h 的比值;

(1) 求粒子在极板间做圆周运动的最大半径(用h 表示).

【例题拓展】 在典例2中若板间电场强度E 随时间的变化仍如题图(乙)所示,磁场的变化改为图中所示,试定性分析运动过程,并画出粒子在板间运动的轨迹图(不必写计算过程).

【即时训练5】 如图(甲)所示,在xOy 平面内存在均匀、大小随时间周期性变化的磁场和电场,变化规律分别如图(乙)、(丙)所示(规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向,沿y 轴正方向电场强度为正).在t=0时刻由原点O 发射初速度大小为v 0、方向沿y 轴正方向的带负电粒子. 已知v 0,t 0,B 0,粒子的比荷为00t B

,不计粒子的重力.求:

(1) t=2

1t0时,求粒子的位置坐标; (2)若t=5t 0时粒子回到原点,求0～5t 0时间内粒子距x 轴的最大距离.