帶電粒子在電磁場中運動的科技應(yīng)用(編輯修改稿)
2024-07-20 22:06 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 09廣東）如圖6是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場加速后，進入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為B和E。平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2。平板S下方有強度為B0的勻強磁場。下列表述正確的是．ks5u． A．質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 B．速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外 C．能通過的狹縫P的帶電粒子的速率等于 D．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的荷質(zhì)比越小 答案：ABC 解析：由粒子在電場中加速，可見粒子所受電場力向下，即粒子帶正電，在速度選擇器中，電場力水平向右，洛倫茲力水平向左，由左手定則判定，速度選擇器中磁場方向垂直紙面向外，選項B正確；經(jīng)過速度選擇器時滿足，可知能通過的狹縫P的帶電粒子的速率等于，帶電粒子進入磁場做勻速圓周運動則有，可見當(dāng)v相同時，所以可以用來區(qū)分同位素，且R越大，比荷就越大，選項D錯誤?！ ↑c評：此題考查了質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)、原理和用途。難度較小，此類試題常常以選擇題的形式呈現(xiàn)，考查考生的理解能力和推理能力?！ ±?．如圖7所示，板間距為、板長為的兩塊平行金屬板EF、GH水平放置，在緊靠平行板右側(cè)的正三角形區(qū)域內(nèi)存在著垂直紙面的勻強磁場，三角形底邊BC與GH在同一水平線上，頂點A與EF在同一水平線上。一個質(zhì)量為、電量為的粒子沿兩板中心線以初速度水平射入，若在兩板之間加某一恒定電壓，粒子離開電場后垂直AB邊從D點進入磁場，并垂直AC邊射出（不計粒子的重力），求： ?。?）上下兩極板間的電勢差； ?。?）三角形區(qū)域內(nèi)磁感應(yīng)強度； ?。?）若兩板間不加電壓，三角形區(qū)域內(nèi)的磁場方向垂直紙面向里，要使粒子進入磁場區(qū)域后能從AB邊射出，試求所加磁場的磁感應(yīng)強度最小值?！ 〗馕觯海?）粒子以v0速度進入偏轉(zhuǎn)電壓為U的偏轉(zhuǎn)電場，做類平拋運動，設(shè)加速度為a1，則有 ， 解得 由幾何關(guān)系得 故 由粒子帶負電并且在電場中向下偏轉(zhuǎn)可知，下極板帶正電，板間場強的方向垂直平行板向上?！ ∷陨舷聝蓸O板間的電勢差 （2）如圖8所示，垂直AB邊進入磁場，由幾何關(guān)系得，粒子離開電場時速度偏向角為，則粒子離開電場時瞬時速度的大小為 由幾何關(guān)系得： 設(shè)在磁場中運動半徑為，則 三角形區(qū)域內(nèi)磁感應(yīng)強度的大小為，由牛頓第二定律得， 聯(lián)立解得 ，方向為垂直紙面向外?！ 。?）當(dāng)粒子剛好與BC邊相切時，磁感應(yīng)強度最小值為，設(shè)粒子的運動半徑為， 如圖9所示，由幾何關(guān)系知： 由牛頓第二定律得 解得 ， 點評：此題是質(zhì)譜儀的變式，將有界磁場變?yōu)槿切未艌?，仍然突出考查單一物體的多過程問題。帶電粒子在電場、磁場中的運動，涉及到電場、磁場的基本概念和規(guī)律，與力學(xué)中的牛頓運動定律和運動學(xué)公式、動能定理、平拋運動規(guī)律、勻速圓周運動規(guī)律等聯(lián)系密切，綜合性大，能充分考查考生的綜合分析能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力，歷來是高考的熱點。解此類問題的關(guān)鍵是做出帶電粒子運動的軌跡圖，抓住物理過程變化的轉(zhuǎn)折點（列出對應(yīng)的狀態(tài)方程），找出粒子運動的半徑與磁場邊界的約束關(guān)系?！ ?．速度選擇器 帶電粒子在疊加場中運動的科技應(yīng)用主要是速度選擇器，速度選擇器的變式較多，磁流體發(fā)動機、霍爾效應(yīng)、電磁流量計等都可以看作是速度選擇器的變式，這類變式能較好的考查考生的理解、推理、分析綜合能力，縱觀近幾年全國各地的高考試題，每年都以計算題的形式考查速度選擇器及其變式?！ ±?．（09北京）如圖10所示的虛線區(qū)域內(nèi)，充滿垂直于紙面向里的勻強磁場和豎直向下的勻強電場。一帶電粒子a（不計重力）以一定的初速度由左邊界的O點射入磁場、電場區(qū)域，恰好沿直線由區(qū)域右邊界的O′點（圖中未標(biāo)出）穿出。若撤去該區(qū)域內(nèi)的磁場而保留電場不變，另一個同樣的粒子b（不計重力）仍以相同初速度由O點射入，從區(qū)域右邊界穿出
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