高中物理速度選擇器和回旋加速器常見題型及答題技巧及練習(xí)題(1)(編輯修改稿)
2025-04-02 21:09 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 最大的粒子從A點射出，如圖由于左邊磁場磁感應(yīng)強度是右邊磁感應(yīng)強度的一半，則粒子在左邊磁場中的半徑是右邊磁場半徑的2倍，根據(jù)幾何關(guān)系知，右邊磁場的寬度是左邊磁場寬度的2倍，有： r1sinθ+r2sinθ=L，聯(lián)立解得cosθ=， 根據(jù)得最大質(zhì)量為：mmax= 粒子在左邊磁場中的最小半徑為：rmin＝ 根據(jù)得最小質(zhì)量為：mmin＝．【點睛】本題考查了帶電粒子在磁場中的運動，關(guān)鍵作出運動的軌跡，通過幾何關(guān)系求出臨界半徑是解決本題的關(guān)鍵，該題有一定的難度，對學(xué)生數(shù)學(xué)幾何能力要求較高．9．某速度選擇器結(jié)構(gòu)如圖所示，三塊平行金屬板Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水平放置，它們之間距離均為d，三金屬板上小孔OOO3在同一豎直線上，Ⅰ、Ⅱ間有豎直方向勻強電場E1，Ⅱ、Ⅲ間有水平向左電場強度為E2的勻強電場及垂直于紙面向里磁感應(yīng)強度為B2的勻強磁場．一質(zhì)子由金屬板I上端O1點靜止釋放，經(jīng)電場E1加速，經(jīng)過O2進入EB2的復(fù)合場中，最終從Ⅲ的下端O3射出，已知質(zhì)子帶電量為e，質(zhì)量為m．則A．O3處出射時粒子速度為 B．Ⅰ、Ⅱ兩板間電壓 C．粒子通過Ⅰ、Ⅱ金屬板和Ⅱ、Ⅲ金屬板的時間之比為1︰1D．把質(zhì)子換成α粒子，則α粒子也能從O3射出【答案】AB【解析】【詳解】A．經(jīng)過O2點進入EB2的復(fù)合場中，最終沿直線從Ⅲ的下端O3點射出，因質(zhì)子受到電場力與洛倫茲力，只要當兩者大小相等時，才能做直線運動，且速度不變的，依據(jù)qE2=B2qv解得：v=故A正確；B．質(zhì)子在Ⅰ、Ⅱ兩板間，在電場力作用下，做勻加速直線運動，根據(jù)動能定理，即為qU1=mv2，而質(zhì)子以相同的速度進入Ⅱ、Ⅲ金屬板做勻速直線運動，則有v=，那么Ⅰ、Ⅱ兩板間電壓U1=故B正確；C．粒子通過Ⅰ、Ⅱ金屬板做勻加速直線運動，而在Ⅱ、Ⅲ金屬板做勻速直線運動，依據(jù)運動學(xué)公式，即有d=而d=vt2，那么它們的時間之比為2：1，故C錯誤；D．若將質(zhì)子換成α粒子，根據(jù)qU1=mv2導(dǎo)致粒子的比荷發(fā)生變化，從而影響α粒子在Ⅱ、Ⅲ金屬板做勻速直線運動，因此α粒子不能從O3射出，故D錯誤；故選AB．【點睛】考查粒子在復(fù)合場中做直線運動時，一定是勻速直線運動，并掌握動能定理與運動學(xué)公式的應(yīng)用，注意粒子何時勻加速直線運動與勻速直線運動是解題的關(guān)鍵．10．如圖所示，兩豎直金屬板間電壓為U1，、電荷量為q的微粒(重力不計)從靜止經(jīng)電場加速后，從另一豎直金屬板上的小孔水平進入兩水平金屬板間并繼續(xù)沿直線運動．水平金屬板內(nèi)的勻強磁場及其右側(cè)寬度一定、高度足夠高的勻強磁場方向都垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度大小均為B，求：(1)微粒剛進入水平金屬板間時的速度大小v0；(2)兩水平金屬板間的電壓；(3)為使微粒不從磁場右邊界射出，右側(cè)磁場的最小寬度D.【答案】(1) (2) (3)【解析】【分析】（1）粒子在電場中加速，根據(jù)動能定理可求得微粒進入平行金屬板間的速度大?。唬?）根據(jù)粒子在平行板間做直線運動可知，電場力與洛倫茲力大小相等，列式可求得電壓大?。唬?）粒子在磁場中做勻速圓周運動，根據(jù)幾何關(guān)系可知半徑與D之間的關(guān)系，再由洛倫茲充當向心力可求得最小寬度．【詳解】(1)在加速電場中，由動能定理，得qU1＝mv02，解得v0＝.(2)在水平金屬板間時，微粒做直線運動，則Bqv0＝q，解得U＝Bd(3)若微粒進入磁場偏轉(zhuǎn)后恰與右邊界相切，此時對應(yīng)寬度為D，則Bqv0＝m且r＝D，解得D＝【點睛】題考查帶電粒子在電場和磁場中的運動，要注意明確帶電粒子在磁場中運動時注意幾何關(guān)系的應(yīng)用，明確向心力公式的應(yīng)用；而帶電粒子在電場中的運動要注意根據(jù)功能關(guān)系以及運動的合成和分解規(guī)律求解．11．1932年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，巧妙地利用帶電粒子在磁場中運動特點，解決了粒子的加速問題?，F(xiàn)在回旋加速器被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和恢學(xué)設(shè)備中。回旋加速器的工作原理如圖甲所，置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可以忽略不計。磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場與盒面垂直，加速器按一定頻率的高頻交流電源，保證粒子每次經(jīng)過電場都被加速，加速電壓為U。D形金屬盒中心粒子源產(chǎn)生的粒子，初速度不計，在加速器中被加速，加速過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力作用。(1)求把質(zhì)量為m、電荷量為q的靜止粒子加速到最大動能所需時間；(2)若此回旋加速器原來加速質(zhì)量為2m，帶電荷量為q的α粒子（），獲得的最大動能為Ekm，現(xiàn)改為加速氘核（），它獲得的最大動能為多少？要想使氘核獲得與α粒子相同的動能，請你通過分析，提出一種簡單可行的辦法；(3)已知兩D形盒間的交變電壓如圖乙所示，設(shè)α粒子在此回旋加速器中運行的周期為T，若存在一種帶電荷量為q′、質(zhì)量為m′的粒子，在時進入加速電場，該粒子在加速器中能獲得的最大動能？（在此過程中，粒子未飛出D形盒）
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