帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí)

1、帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1質(zhì)譜儀 (1)構(gòu)造：如圖8­3­1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。2回旋加速器 (1)構(gòu)造：如圖8­3­2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。 典例如圖8­3­3所示為質(zhì)譜儀的示意圖。速度選擇器部分的勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為E1.2×105 V/m，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度為B10.6 T；偏轉(zhuǎn)分離器的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B20.8 T。求：(已知質(zhì)子質(zhì)量為1.67×1027kg) (1)能通過(guò)速度選擇器的粒子的速度大小。(2)質(zhì)子和氘核以相同速度

2、進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器后打在照相底片上的條紋之間的距離 d。 針對(duì)訓(xùn)練1(多選) (2016·天水一模)質(zhì)譜儀的構(gòu)造原理如圖8­3­4所示。從粒子源S出來(lái)時(shí)的粒子速度很小，可以看作初速為零，粒子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后進(jìn)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)而達(dá)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()A粒子一定帶正電B粒子一定帶負(fù)電Cx越大，則粒子的質(zhì)量與電量之比一定越大Dx越大，則粒子的質(zhì)量與電量之比一定越小2(多選)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電極相連接的兩個(gè)D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場(chǎng)

3、，使粒子在通過(guò)狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖8­3­5所示，要增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能，則下列說(shuō)法中正確的是()A增大勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓B增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度C減小狹縫間的距離D增大D形金屬盒的半徑要點(diǎn)二帶電粒子在四類(lèi)組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(一)先電場(chǎng)后磁場(chǎng)(1)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)。(如圖8­3­6甲、乙所示)在電場(chǎng)中利用動(dòng)能定理或運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度。 (2)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)。(如圖8­3­7甲、乙所示)在電場(chǎng)中利用平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)求粒

4、子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度。 典例1(2016·日照檢測(cè))如圖8­3­8所示，坐標(biāo)平面第象限內(nèi)存在大小為E4×105 N/C、方向水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，在第象限內(nèi)存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。質(zhì)荷比4×1010 kg/C的帶正電的粒子，以初速度v02×107 m/s從x軸上的A點(diǎn)垂直x軸射入電場(chǎng)，OA0.2 m，不計(jì)粒子的重力。 (1)求粒子經(jīng)過(guò)y軸時(shí)的位置到原點(diǎn)O的距離；(2)若要使粒子不能進(jìn)入第象限，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的取值范圍(不考慮粒子第二次進(jìn)入電場(chǎng)后的運(yùn)動(dòng)情況)。 (二)先磁場(chǎng)后電場(chǎng)對(duì)于粒子從磁場(chǎng)進(jìn)入電場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，常見(jiàn)的有兩種情況：(1)

5、進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)粒子速度方向與電場(chǎng)方向相同或相反；(2)進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)粒子速度方向與電場(chǎng)方向垂直。(如圖8­3­9甲、乙所示) 典例2(2014·全國(guó)卷)如圖8­3­10，在第一象限存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面(xOy平面)向外；在第四象限存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，方向沿x軸負(fù)向。在y軸正半軸上某點(diǎn)以與x軸正向平行、大小為v0的速度發(fā)射出一帶正電荷的粒子，該粒子在(d,0)點(diǎn)沿垂直于x軸的方向進(jìn)入電場(chǎng)。不計(jì)重力。若該粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)速度方向與y軸負(fù)方向的夾角為，求 (1)電場(chǎng)強(qiáng)度大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的比值；(2)該粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。 (三)先后兩個(gè)磁場(chǎng)

6、典例3(2013·山東高考)如圖8­3­11所示，在坐標(biāo)系xOy的第一、第三象限內(nèi)存在相同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于xOy平面向里；第四象限內(nèi)有沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E。一帶電量為q、質(zhì)量為m的粒子，自y軸上的P點(diǎn)沿x軸正方向射入第四象限，經(jīng)x軸上的Q點(diǎn)進(jìn)入第一象限，隨即撤去電場(chǎng)，以后僅保留磁場(chǎng)。已知OPd，OQ2d。不計(jì)粒子重力。 (1)求粒子過(guò)Q點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向。(2)若磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為一確定值B0，粒子將以垂直y軸的方向進(jìn)入第二象限，求B0。(3)若磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為另一確定值，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后粒子將再次經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)，且速度與第一次過(guò)Q點(diǎn)時(shí)相

7、同，求該粒子相鄰兩次經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)所用的時(shí)間。 (四)先后多個(gè)電、磁場(chǎng)典例4(2015·天津高考)現(xiàn)代科學(xué)儀器常利用電場(chǎng)、磁場(chǎng)控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)。真空中存在著如圖8­3­12所示的多層緊密相鄰的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)與磁場(chǎng)的寬度均為d。電場(chǎng)強(qiáng)度為E，方向水平向右；磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里，電場(chǎng)、磁場(chǎng)的邊界互相平行且與電場(chǎng)方向垂直。一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子在第1層電場(chǎng)左側(cè)邊界某處由靜止釋放，粒子始終在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，不計(jì)粒子重力及運(yùn)動(dòng)時(shí)的電磁輻射。圖8­3­12(1)求粒子在第2層磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)速度v2的大小與軌跡半徑r2；(2)粒子從第n層磁場(chǎng)右