帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)-高中物理專(zhuān)題含解析(編輯修改稿)
2025-05-01 02:23 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 絕緣桿上，若小球沿桿向下的初速度為v0時(shí)，小球恰好做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，已知重力加速度大小為g，小球電荷量保持不變，則以下說(shuō)法正確的是( )A．小球的初速度v0＝B．若小球沿桿向下的初速度v＝，小球?qū)⒀貤U做加速度不斷增大的減速運(yùn)動(dòng)，最后停止C．若小球沿桿向下的初速度v＝，小球?qū)⒀貤U做加速度不斷減小的減速運(yùn)動(dòng)，最后停止D. 若小球沿桿向下的初速度v＝，則從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到穩(wěn)定過(guò)程中，小球克服摩擦力做功為 BD 題型三 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的常見(jiàn)實(shí)例考向1 回旋加速器的工作原理【例6】(多選)(2018成都模擬)粒子回旋加速器的工作原理如圖所示，置于真空中的D形金屬盒的半徑為R，兩金屬盒間的狹縫很小，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與金屬盒盒面垂直，高頻率交流電的頻率為f，加速器的電壓為U，若中心粒子源處產(chǎn)生的質(zhì)子質(zhì)量為m，電荷量為＋e，在加速器中被加速．不考慮相對(duì)論效應(yīng)，則下列說(shuō)法正確是( )A．質(zhì)子被加速后的最大速度不能超過(guò)2πRfB．加速的質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能隨加速器的電壓U增大而增大C．質(zhì)子第二次和第一次經(jīng)過(guò)D形盒間狹縫后軌道半徑之比為∶1D．不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電的頻率f，該加速器也可加速其它粒子AC [質(zhì)子出回旋加速器時(shí)速度最大，此時(shí)的半徑為R，最大速度為：v＝＝2πRf，故A正確；根據(jù)qvB＝m得，v＝，則粒子的最大動(dòng)能Ekm＝mv2＝，與加速器的電壓無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；粒子在加速電場(chǎng)中做勻加速運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)qU＝mv2，得v＝，質(zhì)子第二次和第一次經(jīng)過(guò)D形盒狹縫的速度比為∶1，根據(jù)r＝，則半徑比為∶1，故C正確；帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期與加速電場(chǎng)的周期相等，根據(jù)T＝知，換用其它粒子，粒子的比荷變化，周期變化，回旋加速器需改變交流電的頻率才能加速其它粒子，故D錯(cuò)誤．故選AC.]考向2 速度選擇器的工作原理【例7】在如圖所示的平行板器件中，電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直．一帶電粒子(重力不計(jì))從左端以速度v沿虛線(xiàn)射入后做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，則該粒子( ) A．一定帶正電B．速度v＝C．若速度v＞，粒子一定不能從板間射出D．若此粒子從右端沿虛線(xiàn)方向進(jìn)入，仍做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)B 考向3 質(zhì)譜儀的工作原理【例7】質(zhì)譜儀是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具．如圖所示為質(zhì)譜儀的原理示意圖，現(xiàn)利用質(zhì)譜儀對(duì)氫元素進(jìn)行測(cè)量．讓氫元素三種同位素的離子流從容器A下方的小孔S無(wú)初速度飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)．加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．氫的三種同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三條“質(zhì)譜線(xiàn)”．則下列判斷正確的是( )A．進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度從大到小排列的順序是氕、氘、氚B．進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)動(dòng)能從大到小排列的順序是氕、氘、氚C．在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間由大到小排列的順序是氕、氘、氚D．a(chǎn)、b、c三條“質(zhì)譜線(xiàn)”依次排列的順序是氕、氘、氚A [離子通過(guò)加速電場(chǎng)的過(guò)程，有qU＝mv2，因?yàn)殡?、氘、氚三種離子的電量相同、質(zhì)量依次增大，故進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)動(dòng)能相同，速度依次減小，故A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由T＝可知，氕、氘、氚三種離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期依次增大，又三種離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間均為半個(gè)周期，故在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間由大到小排列依次為氚、氘、氕，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由qvB＝m及qU＝mv2，可得R＝，故氕、氘、氚三種離子在磁場(chǎng)中的軌道半徑依次增大，所以a、b、c三條“質(zhì)譜線(xiàn)”依次對(duì)應(yīng)氚、氘、氕，D項(xiàng)錯(cuò)誤．]【鞏固3】(多選)如圖所示，含有H、H、He的帶電粒子束從小孔O1處射入速度選擇器，沿直線(xiàn)O1O2運(yùn)動(dòng)的粒子在小孔O2處射出后垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，最終打在PP2兩點(diǎn)．則( )A．打在P1點(diǎn)的粒子是HeB．打在P2點(diǎn)的粒子是H和HeC．O2P2的長(zhǎng)度是O2P1長(zhǎng)度的2倍D．粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間都相等BC [通過(guò)同一速度選擇器的粒子具有相同的速度，故H、H、He的速度相等，由牛頓第二定律得qvB2＝m，解得R＝，由此可知，設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m，質(zhì)子帶電量為q，H的半徑R1＝，H的半徑R2＝，He的半徑R3＝，故打在P1點(diǎn)的粒子是H，打在P2點(diǎn)的粒子是H和He，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；O2P1＝2R1＝，O2P2＝2R2＝，故O2P2＝2O2P1，選項(xiàng)C正確；粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t＝＝，H運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與H和He運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．故選B、C.]基礎(chǔ)練習(xí)：考查點(diǎn)：速度選擇器1．如圖所示，一束質(zhì)量、速度和電荷不全相等的離子，經(jīng)過(guò)由正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)組成的速度選擇器后，進(jìn)入另一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中并分裂為A、B兩束，下列說(shuō)法中正確的是( )A．組成A束和B束的離子都帶負(fù)電B．組成A束和B束的離子質(zhì)量一定不同C．A束離子的比荷大于B束離子的比荷D．速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外[答案] C 考查點(diǎn)：磁流體發(fā)電機(jī)2．(多選)磁流體發(fā)電機(jī)是利用洛倫茲力的磁偏轉(zhuǎn)作用發(fā)電的．A、B是兩塊處在磁場(chǎng)中互相平行的金屬板，一束在高溫下形成的等離子束(氣體在高溫下發(fā)生電離，產(chǎn)生大量的帶等量異種電荷的粒子)射入磁場(chǎng)．下列說(shuō)法正確的是( )A．B板是電源的正極B．A板是電源的正極C．電流從上往下流過(guò)電流表D．電流從下往上流過(guò)電流表[答案] AD 考查點(diǎn)：電磁流量計(jì)3．如圖所示，電磁流量計(jì)的主要部分是柱狀非磁性管．該管橫截面是邊長(zhǎng)為d的正方形，管內(nèi)有導(dǎo)電液體水平向左流動(dòng)．在垂直于液體流動(dòng)方向上加一個(gè)水平指向紙里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，、(流量是指流過(guò)該管的液體體積與所用時(shí)間的比值)為( )A. B.C. D.[答案] A 考查點(diǎn)：質(zhì)譜儀4． A、B是兩種同位素的原子核，它們具有相同的電荷、不同的質(zhì)量．為測(cè)定它們的質(zhì)量比，使它們從質(zhì)譜儀的同一加速電場(chǎng)由靜止開(kāi)始加速，然后沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，打到照相底片上．如果從底片上獲知A、B在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的直徑之比是d1∶d2，則A、B的質(zhì)量之比為( )A．d∶d B．d1∶d2C．d∶d D．d2∶d1 [答案] A 分類(lèi)鞏固：帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1．如圖所示，某種帶電粒子由靜止開(kāi)始經(jīng)電壓為U1的電場(chǎng)加速后，射入水平放置、電勢(shì)差為U2的兩導(dǎo)體板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，帶電粒子沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入，穿過(guò)兩板后又垂直于磁場(chǎng)方向射入邊界線(xiàn)豎直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則粒子射入磁場(chǎng)和射出磁場(chǎng)的M、N兩點(diǎn)間的距離d隨著U1和U2的變化情況為(不計(jì)重力，不考慮邊緣效應(yīng))( )A．d隨U1變化，d與U2無(wú)關(guān)B．d與U1無(wú)關(guān)，d隨U2變化C．d隨U1變化，d隨U2變化D．d與U1無(wú)關(guān)，d與U2無(wú)關(guān)A [帶電粒子在電場(chǎng)
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