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1、专题七 带电粒子在组合场中的运动,热点题型探究高考模拟演练教师备用习题,热点一 质谱仪、回旋加速器,考向一 质谱仪,(1)构造:如图Z7-1所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成.,图Z7-1,例1 2016全国卷 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Z7-2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.此离子和质子的质量 比约为 ( ) A.11 B.12 C.121 D.144,图
2、Z7-2,答案 D,变式题 (多选)如图Z7-3所示为一种质谱仪的示意图,由加速电场、静电分析器和磁分析器组成.若静电分析器通道中心线的半径为R,通道内有均匀辐向电场,在中心线处的电场强度大小为E,磁分析器内有范围足 够大的有界匀强磁场,磁感应强度大小为B、方向 垂直于纸面向外.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 到胶片上的Q点.不计粒子重力,下列说法正确的 是 ( ),图Z7-3,答案 AD,考向二 回旋加速器,(1)构造:如图Z7-4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
3、中.,图Z7-4,图Z7-5,答案 C,变式题 1932年美国物理学家劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其核心部件是两个中空的半圆形金属盒D1和D2,称为“D形盒”,其原理如图Z7-6所示,带电粒子在两盒之间被电场加速,在两盒中做匀速圆周运动,则下列说法正确的是 ( ) A. D形盒的作用是静电屏蔽,使带电粒子在盒中做匀速圆周运动而不被电场干扰 B. 在两D形盒之间所加交变电压的周期应等于带电粒子做 匀速圆周运动周期的两倍 C. 仅使加速电压的有效值增大,带电粒子获得的能量一定增大 D. 仅使D形盒中磁场的磁感应强度B增大,带电粒子在D形盒中 运动周期一定增大,图Z7-6,答案 A, 要点总
4、结,(1)要清楚认识x-t图像、v-t图像或a-t图像中各线表示的物理意义. (2)x-t图像的斜率表示速度,而v-t图像的斜率表示加速度,从而可以进行转换.,热点二 带电粒子在组合场中的运动,(1)带电粒子在电场和磁场的组合场中运动,实际上是将粒子在电场中的加速与偏转,跟磁偏转两种运动有效组合在一起,有效区别电偏转和磁偏转,寻找两种运动的联系和几何关系是解题的关键.当带电粒子连续通过几个不同的场区时,粒子的受力情况和运动情况也发生相应的变化,其运动过程则由几种不同的运动阶段组成.,(2)“电偏转”和“磁偏转”的比较,例3 (18分)2017天津卷 平面直角坐标系xOy中,第象限存在垂直于平面
5、向里的匀强磁场,第象限存在沿y轴负方向的匀强电场,如图Z7-7所示.一带负电的粒子从电场中的Q点以速度v0 沿x轴正方向开始运动,Q点到y轴的距离为到x轴距离的2倍.粒子从坐标原点O离开电场进入磁场,最终从x轴上的P 点射出磁场,P点到y轴距离与Q点到y轴距离相等.不计 粒子重力,问: (1)粒子到达O点时速度的大小和方向; (2)电场强度和磁感应强度的大小之比.,图Z7-7,【规范步骤】 (1)粒子在电场中由Q到O做 运动,设O点速度v与+x方向夹角为,Q点到x轴的距离为L,到y轴的距离为2L,粒子的加速度为a,运动时间为t,根据类平抛运动的规律,有 x方向:2L= (2分) y方向:L=
6、(2分),粒子到达O点时沿y轴方向的分速度为 vy= (2分) 由tan = (1分) 解得tan = ,即= (1分) 粒子到达O点时的速度大小为v= (2分) (2)设电场强度为E,粒子电荷量为q,质量为m,粒子在电场中运动的加速度a= (2分),图Z7-8,热点三 带电粒子在交变电、磁场中的运动,解决带电粒子在交变电、磁场中的运动问题的基本思路,(1)粒子在区域运动的轨迹半径为多少? (2)若初始位置与第四次经过mn时的位置距离为x,求粒子进入区域时速度的可能值(初始位置记为第一次经过mn).,图Z7-9,图Z7-10,高考真题,1.2018全国卷 如图Z7-11所示,从离子源产生的甲、
7、乙两种离子,由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动,自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁场左边界竖直.已知甲种离子射入磁场的速度大小为v1,并在磁场边界的N点射出;乙种离子在MN的中点射出; MN长为l.不计重力影响和离子间的相互作用.求: (1)磁场的磁感应强度大小; (2)甲、乙两种离子的比荷之比.,图Z7-11,模拟精选,2.2018昆明期末 如图Z7-12所示,在x轴上方存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外;在x轴下方存在匀强电场,电场方向与xOy平面平行,且与x轴成45夹角.一质量为m、电荷量为q(q0)的粒子以初速度v0从y轴上的P点沿
8、y轴正方向射出,一段时间后进入电场,进入电场时的速度方向与电 场方向相反;又经过一段时间T0,磁场的方向变为垂直于纸 面向里,大小不变.不计重力. (1)求粒子从P点出发至第一次到达x轴时所需时间; (2)若要使粒子能够回到P点,求电场强度的最大值.,图Z7-12,3.2018福建宁德一检 在xOy光滑水平面内存在着如图Z7-13所示的电场和磁场,其中第一象限内存在磁感应强度大小B=0.2 T、方向垂直于纸面向里的匀强磁场,第二、四象限内电场方向与y轴平行且大小相等、方向相反.质量m=210-12 kg、电荷量q=110-10 C的带正电小球(大小及重力忽略不计)从 第四象限内的P(0.3 m
9、,-0.1 m)点由静止释放,小球垂直y 轴进入第二象限,求: (1)电场的电场强度大小E; (2)小球到达x轴负半轴时的位置坐标.,图Z7-13,1.(多选)如图所示,某带电粒子由静止开始经电压为U1的电场加速后,射入水平放置、电势差为U2的两块平行导体板间的匀强电场中,带电粒子沿平行于两板的方向从两板正中间射入,穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直、磁感应强度为B的匀强磁场中,设粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离为s.不计重力,不考虑边缘效应,下列说法正确的是 ( ) A.若仅将水平放置的平行板间距增大,则s减小 B.若仅增大磁感应强度B,则s减小 C.若仅增大U1,则s增大 D.若仅增大U2,则s增大,答案 BC,答案 AC,