帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)直線周志龍

1、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)直線周志龍第1頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分，星期三基礎(chǔ)回顧1. 質(zhì)譜儀是測(cè)帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的一種儀器, 它的工作原理是帶電粒子(不計(jì)重力)經(jīng)同一電場(chǎng)加速后, 垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng), 然后利用相關(guān)規(guī)律計(jì)算出帶電粒子質(zhì)量. 其工作原理如圖所示, 虛線為某粒子運(yùn)動(dòng)軌跡, 由圖可知()A. 此粒子帶負(fù)電B. 下極板S2比上極板S1電勢(shì)高C. 若只增大加速電壓U, 則半徑r變大D. 若只增大入射粒子的質(zhì)量, 則半徑r變小第2頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分，星期三2. 如圖所示, 回旋加速器D形盒的半徑為R, 所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

2、為B, 用來加速質(zhì)量為m、電荷量為q的質(zhì)子, 質(zhì)子從下半盒的質(zhì)子源由靜止出發(fā), 加速到最大能量E后由A孔射出, 則下列說法正確的是()A. 回旋加速器不能無限加速粒子B. 增大交變電壓U, 則質(zhì)子在加速器中運(yùn)行時(shí)間將變短C. 回旋加速器所加交變電壓的頻率為D.下半盒內(nèi)部質(zhì)子的軌道半徑之比(由內(nèi)到外)為1 第3頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分，星期三 3. 如圖甲所示是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖, 其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒. 在加速帶電粒子時(shí), 兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, 兩盒分別與高頻電源相連. 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示, 忽略帶電粒子

3、在電場(chǎng)中的加速時(shí)間, 則下列判斷正確的是()A. 在Ekt圖中應(yīng)有t4t3t3t2t2t1B. 加速電壓越大, 粒子最后獲得的動(dòng)能就越大C. 粒子加速次數(shù)越多, 粒子最大動(dòng)能一定越大D. 要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大, 可增加D形盒的面積第4頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分，星期三示范舉例 如圖所示, 在平面直角坐標(biāo)系xOy內(nèi), 第象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng), 第象限以O(shè)N為直徑的半圓形區(qū)域內(nèi), 存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng), 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子, 從y軸正半軸上yh處的M點(diǎn), 以速度v0垂直于y軸射入電場(chǎng), 經(jīng)x軸上x2h處的P點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)

4、, 最后以垂直于y軸的方向射出磁場(chǎng). 不計(jì)粒子重力. 求: (1)電場(chǎng)強(qiáng)度大小E; (2)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r; 第5頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分，星期三練習(xí)：如圖，在矩形ABCD內(nèi)對(duì)角線BD以上的區(qū)域存在有平行于AD向下的勻強(qiáng)電場(chǎng), 對(duì)角線BD以下的區(qū)域存在有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未標(biāo)出), 矩形AD邊長(zhǎng)為L(zhǎng), AB邊長(zhǎng)為 L.一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量q的帶電粒子(不計(jì)重力)以初速度v0從A點(diǎn)沿AB方向進(jìn)入電場(chǎng), 在對(duì)角線BD的中點(diǎn)P處進(jìn)入磁場(chǎng), 并從DC邊上的Q點(diǎn)垂直于DC離開磁場(chǎng), 試求: (1)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小; (2)帶電粒子經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向; (3

5、)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向. 第6頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分，星期三第8.3.2帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（直線）第7頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分，星期三（一）基礎(chǔ)回顧1. 美國發(fā)射的航天飛機(jī)“發(fā)現(xiàn)者”號(hào)搭載了一臺(tái)磁譜儀, 其中一個(gè)關(guān)鍵部件是由中國科學(xué)院電工研究所設(shè)計(jì)制造的直徑為120 mm, 高為800 mm、中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.134 T的永久磁體, 它的主要使命是探測(cè)宇宙空間中可能存在的反物質(zhì), 特別是宇宙中反氦原子的原子核(帶負(fù)電). 如圖所示, 磁譜儀中的4條徑跡分別為質(zhì)子、反質(zhì)子、粒子、反氦核的徑跡, 其中反氦核的徑跡為()A. 4B. 3C

6、. 2 D. 1第8頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分，星期三2.利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域. 如圖是霍爾元件的工作原理示意圖, 磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直于霍爾元件的工作面向下, 通入圖示方向的電流I, C、D兩側(cè)面會(huì)形成電勢(shì)差UCD, 下列說法中正確的是()A. 電勢(shì)差UCD僅與材料有關(guān)B. 若霍爾元件的載流子是自由電子, 則電勢(shì)差UCD0C. 僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí), 電勢(shì)差UCD變大D. 在測(cè)定地球赤道上方的地磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí), 元件的工作面應(yīng)保持水平第9頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分，星期三3. 醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí), 利用電磁血流計(jì)來監(jiān)測(cè)通過動(dòng)

7、脈的血流速度. 電磁血流計(jì)由電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成, 磁極間的磁場(chǎng)是均勻的. 使用時(shí), 兩電極a、b均與血管壁接觸, 兩觸點(diǎn)的連線、磁場(chǎng)方向和血流速度方向兩兩垂直, 如圖所示. 由于血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng), 電極a、b之間會(huì)有微小電勢(shì)差. 在達(dá)到平衡時(shí), 血管內(nèi)部的電場(chǎng)可看成是勻強(qiáng)電場(chǎng), 血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零. 在某次監(jiān)測(cè)中, 兩觸點(diǎn)的距離為3.0 mm, 血管壁的厚度可忽略, 兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為160 V, 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.040 T. 則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為()A. 1.3 m/s, a正、b負(fù) B. 2.7 m/s, a正

8、、b負(fù)C. 1.3 m/s, a負(fù)、b正 D. 2.7 m/s, a負(fù)、b正第10頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分，星期三討論：1. 如圖所示, 一束質(zhì)量、速度和電荷量不同的正離子垂直地射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)正交的區(qū)域里(不計(jì)重力作用), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來的運(yùn)動(dòng)方向, 有些發(fā)生偏轉(zhuǎn). 如果讓這些不偏轉(zhuǎn)的離子進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, 發(fā)現(xiàn)這些離子又分裂成幾束, 對(duì)這些進(jìn)入另一磁場(chǎng)的離子, 可得出結(jié)論()A. 它們的動(dòng)能一定各不相同B. 它們的電荷量一定各不相同C. 它們的質(zhì)量一定各不相同D. 它們的電荷量與質(zhì)量之比一定各不相同第11頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分

9、，星期三2. 如圖所示, 在長(zhǎng)方形abcd區(qū)域內(nèi)有正交的電磁場(chǎng), ab L, 一帶電粒子從ad的中點(diǎn)垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向射入, 恰沿直線從bc邊的中點(diǎn)P射出, 若撤去磁場(chǎng), 則粒子從c點(diǎn)射出; 若撤去電場(chǎng), 則粒子將(重力不計(jì))()A. 從b點(diǎn)射出B. 從b、P間某點(diǎn)射出C. 從a點(diǎn)射出 D. 從a、b間某點(diǎn)射出第12頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分，星期三3.如圖所示, 在豎直虛線MN和MN之間區(qū)域內(nèi)存在著相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng), 一帶電粒子(不計(jì)重力)以初速度v0由A點(diǎn)進(jìn)入這個(gè)區(qū)域, 帶電粒子沿直線運(yùn)動(dòng), 并從C點(diǎn)離開場(chǎng)區(qū). 如果撤去磁場(chǎng), 該粒子將從B點(diǎn)離開場(chǎng)區(qū); 如

10、果撤去電場(chǎng), 該粒子將從D點(diǎn)離開場(chǎng)區(qū). 則下列判斷正確的是()A. 該粒子由B、C、D三點(diǎn)離開場(chǎng)區(qū)時(shí)的動(dòng)能相同B. 該粒子由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B、C、D三點(diǎn)的時(shí)間均不相同C. 勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E與勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B之比 v0D. 若該粒子帶負(fù)電, 則電場(chǎng)方向豎直向下, 磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外第13頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分，星期三（二）示范舉例例1. 如圖所示, 質(zhì)量為m, 帶電荷量為q的微粒以速度v與水平方向成45角進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng), 磁場(chǎng)方向垂直紙面向里. 如果微粒做勻速直線運(yùn)動(dòng), 則下列說法正確的是()A. 微粒受電場(chǎng)力、洛倫茲力、重力三個(gè)力作用B. 微粒受電場(chǎng)力、洛

11、倫茲力兩個(gè)力作用C. 勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度ED. 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B第14頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分，星期三聯(lián)系1：如圖所示, 某空間存在正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng), 電場(chǎng)方向水平向右, 磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里, 一帶電微粒由a點(diǎn)進(jìn)入電磁場(chǎng)并剛好能沿ab直線向上運(yùn)動(dòng), 下列說法正確的是()A. 微粒一定帶正電B. 微粒動(dòng)能一定減小C. 微粒的電勢(shì)能一定增加D. 微粒的機(jī)械能一定增加第15頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分，星期三聯(lián)系2： 如圖所示, 虛線內(nèi)的空間中存在由勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B組成的正交或平行的電場(chǎng)和磁場(chǎng), 有一個(gè)帶正電的小球(電荷量為q, 質(zhì)量為m)從正交或平行的電磁混合場(chǎng)上方的某一高度自由落下, 那么, 帶電小球可能沿豎直線運(yùn)動(dòng)的是()第16頁，共18頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)6分，星期三 例2.如圖所示, 足夠長(zhǎng)的光滑絕緣斜面與水平面的夾角為(sin0.6), 放在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, 電場(chǎng)強(qiáng)度E50 V/m, 方向水平向左, 磁場(chǎng)方向垂直紙面向外. 一個(gè)電荷量為q4102 C, 質(zhì)量m0.40 kg的光滑小球, 以初速度v020 m/s從斜面底端向上滑,然后又下滑, 共經(jīng)過3 s脫離斜面, 求磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度. (g取10 m/s2) 第17頁，共1