高考物理專題匯編帶電粒子在磁場中的運動(一)含解析-資料下載頁
2025-04-05 04:29本頁面
【正文】 8 t0時剛在第四象限做完半個圓周運動，x=9L 14粒子在電場中減速運動的時間為t0，由運動學公式可得15聯(lián)立③ ⑨⑩1112可解得16聯(lián)立可得M點的坐標為（9L，） 17考點：帶電粒子在電場及在磁場中的運動.13．如圖所示，足夠大的平行擋板A1，A2豎直放置，Ⅰ和Ⅱ，以水平面yN為理想分界面．Ⅰ區(qū)的磁感應強度為B0，方向垂直紙面向外，A1，A2上各有位置正對的小孔S1，S2，電量為＋q的粒子經(jīng)寬度為d的勻強電場由靜止加速后，沿水平方向從S1進入Ⅰ區(qū)，并直接偏轉(zhuǎn)到y(tǒng)N上的P點，再進入Ⅱ區(qū)．P點與A1板的距離是L的k倍．不計重力，碰到擋板的粒子不予考慮．(1)若k＝1，求勻強電場的電場強度E；(2)若2k3，且粒子沿水平方向從S2射出，求出粒子在磁場中的速度大小v與k的關(guān)系式和Ⅱ區(qū)的磁感應強度B與k的關(guān)系式．【答案】（1） （2） ， 【解析】試題分析：（1）粒子在電場中，由動能定理有qEd=mv20 ①粒子在Ⅰ區(qū)洛倫茲力提供向心力 qvB0＝②當k=1時，由幾何關(guān)系得 r=L ③由①②③解得E=④（2）由于2k3時，由題意可知粒子在Ⅱ區(qū)只能發(fā)生一次偏轉(zhuǎn)，由幾何關(guān)系可知(rL)2+(kL)2=r2⑤解得r=⑥由②⑥解得v=⑦粒子在Ⅱ區(qū)洛倫茲力提供向心力 qvB＝⑧由對稱性及幾何關(guān)系可知 ⑨解得r1=⑩由⑧⑩解得 B＝考點：帶電粒子在電場中的運動、帶電粒子在勻強磁場中的運動14．磁譜儀是測量能譜的重要儀器．磁譜儀的工作原理如圖所示，放射源s發(fā)出質(zhì)量為m、電量為q的粒子沿垂直磁場方向進入磁感應強度為B的勻強磁場，被限束光欄Q限制在的小角度內(nèi)，粒子經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后打到與束光欄平行的感光片P上．（重力影響不計）（1）若能量在E~E＋ΔE（ΔE0，且ΔEE）范圍內(nèi)的粒子均垂直于限束光欄的方向進入磁場．試求這些粒子打在膠片上的范圍Δx1.（2）實際上，限束光欄有一定的寬度，粒子將在角內(nèi)進入磁場．試求能量均為Ｅ的粒子打到感光膠片上的范圍Δx2【答案】見解析【解析】【詳解】（1）設粒子以速度v進入磁場，打在膠片上的位置距s的距離為圓周運動粒子的動能由以上三式可得所以化簡可得；（2）動能為E的粒子沿角入射，軌道半徑相同，設為R，粒子做圓周運動粒子的動能由幾何關(guān)系得15．利用電場和磁場，可以將比荷不同的離子分開，這種方法在化學分析和原子核技術(shù)等領(lǐng)域有重要的應用．如圖所示的矩形區(qū)域ACDG(AC邊足夠長)中存在垂直于紙面的勻強磁場，A處有一狹縫．離子源產(chǎn)生的離子，經(jīng)靜電場加速后穿過狹縫沿垂直于GA邊且垂直于磁場的方向射入磁場，運動到GA邊，被相應的收集器收集．整個裝置內(nèi)部為真空．已知被加速的兩種正離子的質(zhì)量分別是m1和m2(m1m2)，電荷量均為q．加速電場的電勢差為U，離子進入電場時的初速度可以忽略．不計重力，也不考慮離子間的相互作用．(1)求質(zhì)量為m1的離子進入磁場時的速率v1； (2)當磁感應強度的大小為B時，求兩種離子在GA邊落點的間距s； (3)在前面的討論中忽略了狹縫寬度的影響，實際裝置中狹縫具有一定寬度．若狹縫過寬，可能使兩束離子在GA邊上的落點區(qū)域交疊，導致兩種離子無法完全分離．設磁感應強度大小可調(diào)，GA邊長為定值L，狹縫寬度為d，狹縫右邊緣在A處．離子可以從狹縫各處射入磁場，入射方向仍垂直于GA邊且垂直于磁場．為保證上述兩種離子能落在GA邊上并被完全分離，求狹縫的最大寬度．【答案】（1）（2） （3）dm＝L【解析】（1）動能定理Uq＝m1v12得：v1＝ …①（2）由牛頓第二定律和軌道半徑有： qvB＝，R＝利用①式得離子在磁場中的軌道半徑為別為（如圖一所示）：R1＝ ，R2＝…②兩種離子在GA上落點的間距s＝2(R1?R2)＝ …③（3）質(zhì)量為m1的離子，在GA邊上的落點都在其入射點左側(cè)2R1處，由于狹縫的寬度為d，因此落點區(qū)域的寬度也是d（如圖二中的粗線所示）．同理，質(zhì)量為m2的離子在GA邊上落點區(qū)域的寬度也是d（如圖二中的細線所示）．為保證兩種離子能完全分離，兩個區(qū)域應無交疊，條件為2（R1R2）＞d…④利用②式，代入④式得：2R1(1?)＞dR1的最大值滿足：2R1m=Ld得：(L?d)(1?)＞d求得最大值：dm＝L
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