帶電粒子在復合場中的運動直線周志龍

帶電粒子在復合場中的運動直線周志龍第1頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一基礎回顧1.質(zhì)譜儀是測帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的一種儀器,它的工作原理是帶電粒子(不計重力)經(jīng)同一電場加速后,垂直進入同一勻強磁場做圓周運動,然后利用相關規(guī)律計算出帶電粒子質(zhì)量.其工作原理如圖所示,虛線為某粒子運動軌跡,由圖可知()A.此粒子帶負電B.下極板S2比上極板S1電勢高C.若只增大加速電壓U,則半徑r變大D.若只增大入射粒子的質(zhì)量,則半徑r變小第2頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2.如圖所示,回旋加速器D形盒的半徑為R,所加磁場的磁感應強度為B,用來加速質(zhì)量為m、電荷量為q的質(zhì)子,質(zhì)子從下半盒的質(zhì)子源由靜止出發(fā),加速到最大能量E后由A孔射出,則下列說法正確的是()A.回旋加速器不能無限加速粒子B.增大交變電壓U,則質(zhì)子在加速器中運行時間將變短C.回旋加速器所加交變電壓的頻率為D.下半盒內(nèi)部質(zhì)子的軌道半徑之比(由內(nèi)到外)為1∶∶第3頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一3.如圖甲所示是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖,其核心部分是兩個D形金屬盒.在加速帶電粒子時,兩金屬盒置于勻強磁場中,兩盒分別與高頻電源相連.帶電粒子在磁場中運動的動能Ek隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示,忽略帶電粒子在電場中的加速時間,則下列判斷正確的是()A.在Ek－t圖中應有t4－t3＜t3－t2＜t2－t1B.加速電壓越大,粒子最后獲得的動能就越大C.粒子加速次數(shù)越多,粒子最大動能一定越大D.要想粒子獲得的最大動能增大,可增加D形盒的面積第4頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一示范舉例如圖所示,在平面直角坐標系xOy內(nèi),第Ⅰ象限存在沿y軸負方向的勻強電場,第Ⅳ象限以ON為直徑的半圓形區(qū)域內(nèi),存在垂直于坐標平面向外的勻強磁場,磁感應強度為B.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子,從y軸正半軸上y＝h處的M點,以速度v0垂直于y軸射入電場,經(jīng)x軸上x＝2h處的P點進入磁場,最后以垂直于y軸的方向射出磁場.不計粒子重力.求:(1)電場強度大小E;(2)粒子在磁場中運動的軌道半徑r;第5頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一練習：如圖，在矩形ABCD內(nèi)對角線BD以上的區(qū)域存在有平行于AD向下的勻強電場,對角線BD以下的區(qū)域存在有垂直于紙面的勻強磁場(圖中未標出),矩形AD邊長為L,AB邊長為L.一個質(zhì)量為m、電荷量＋q的帶電粒子(不計重力)以初速度v0從A點沿AB方向進入電場,在對角線BD的中點P處進入磁場,并從DC邊上的Q點垂直于DC離開磁場,試求:(1)電場強度的大小;(2)帶電粒子經(jīng)過P點時速度的大小和方向;(3)磁場的磁感應強度的大小和方向.第6頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一第8.3.2帶電粒子在復合場中的運動（直線）第7頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一（一）基礎回顧1.美國發(fā)射的航天飛機“發(fā)現(xiàn)者”號搭載了一臺α磁譜儀,其中一個關鍵部件是由中國科學院電工研究所設計制造的直徑為120mm,高為800mm、中心磁感應強度為0.134T的永久磁體,它的主要使命是探測宇宙空間中可能存在的反物質(zhì),特別是宇宙中反氦原子的原子核(帶負電).如圖所示,α磁譜儀中的4條徑跡分別為質(zhì)子、反質(zhì)子、α粒子、反氦核的徑跡,其中反氦核的徑跡為()A.4B.3C.2 D.1第8頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2.利用霍爾效應制作的霍爾元件廣泛應用于測量和自動控制等領域.如圖是霍爾元件的工作原理示意圖,磁感應強度B垂直于霍爾元件的工作面向下,通入圖示方向的電流I,C、D兩側面會形成電勢差UCD,下列說法中正確的是()A.電勢差UCD僅與材料有關B.若霍爾元件的載流子是自由電子,則電勢差UCD＜0C.僅增大磁感應強度時,電勢差UCD變大D.在測定地球赤道上方的地磁場強弱時,元件的工作面應保持水平第9頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一3.醫(yī)生做某些特殊手術時,利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度.電磁血流計由電極a和b以及磁極N和S構成,磁極間的磁場是均勻的.使用時,兩電極a、b均與血管壁接觸,兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直,如圖所示.由于血液中的正負離子隨血流一起在磁場中運動,電極a、b之間會有微小電勢差.在達到平衡時,血管內(nèi)部的電場可看成是勻強電場,血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零.在某次監(jiān)測中,兩觸點的距離為3.0mm,血管壁的厚度可忽略,兩觸點間的電勢差為160μV,磁感應強度的大小為0.040T.則血流速度的近似值和電極a、b的正負為()A.1.3m/s,a正、b負B.2.7m/s,a正、b負C.1.3m/s,a負、b正D.2.7m/s,a負、b正第10頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一討論：1.如圖所示,一束質(zhì)量、速度和電荷量不同的正離子垂直地射入勻強磁場和勻強電場正交的區(qū)域里(不計重力作用),結果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來的運動方向,有些發(fā)生偏轉.如果讓這些不偏轉的離子進入另一勻強磁場中,發(fā)現(xiàn)這些離子又分裂成幾束,對這些進入另一磁場的離子,可得出結論()A.它們的動能一定各不相同B.它們的電荷量一定各不相同C.它們的質(zhì)量一定各不相同D.它們的電荷量與質(zhì)量之比一定各不相同第11頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2.如圖所示,在長方形abcd區(qū)域內(nèi)有正交的電磁場,ab＝＝L,一帶電粒子從ad的中點垂直于電場和磁場方向射入,恰沿直線從bc邊的中點P射出,若撤去磁場,則粒子從c點射出;若撤去電場,則粒子將(重力不計)()

A.從b點射出

B.從b、P間某點射出

C.從a點射出

D.從a、b間某點射出第12頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一3.如圖所示,在豎直虛線MN和M′N′之間區(qū)域內(nèi)存在著相互垂直的勻強電場和勻強磁場,一帶電粒子(不計重力)以初速度v0由A點進入這個區(qū)域,帶電粒子沿直線運動,并從C點離開場區(qū).如果撤去磁場,該粒子將從B點離開場區(qū);如果撤去電場,該粒子將從D點離開場區(qū).則下列判斷正確的是()A.該粒子由B、C、D三點離開場區(qū)時的動能相同B.該粒子由A點運動到B、C、D三點的時間均不相同C.勻強電場的場強E與勻強磁場的磁感應強度B之比＝v0D.若該粒子帶負電,則電場方向豎直向下,磁場方向垂直于紙面向外第13頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一（二）示范舉例例1.如圖所示,質(zhì)量為m,帶電荷量為－q的微粒以速度v與水平方向成45°角進入勻強電場和勻強磁場,磁場方向垂直紙面向里.如果微粒做勻速直線運動,則下列說法正確的是()A.微粒受電場力、洛倫茲力、重力三個力作用B.微粒受電場力、洛倫茲力兩個力作用C.勻強電場的電場強度E＝D.勻強磁場的磁感應強度B＝第14頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一聯(lián)系1：如圖所示,某空間存在正交的勻強磁場和勻強電場,電場方向水平向右,磁場方向垂直于紙面向里,一帶電微粒由a點進入電磁場并剛好能沿ab直線向上運動,下列說法正確的是()A.微粒一定帶正電B.微粒動能一定減小C.微粒的電勢能一定增加D.微粒的機械能一定增加第15頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一聯(lián)系2：如圖所示,虛線內(nèi)的空間中存在由勻強電場E和勻強磁場B組成的正交或平行的電場和磁場,有一個帶正電的小球(電荷量為＋q,質(zhì)量為m)從正交或平行的電磁混合場上方的某一高度自由落下,那么,帶電小球可能沿豎直線運動的是()第16頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一例2.如圖所示,足夠長的光滑絕緣斜面與水平面的夾角為α(sinα＝0.6),放在勻強電場和勻強磁場中,電場強度E＝50V/m,方向水平向左,磁場方向垂直紙面向外.一個電荷量為q＝4×10－2C,質(zhì)量m＝0.40kg的光滑小球,以初速度v0＝20m/s從斜面底端向上滑,然后又下滑,共經(jīng)過3s脫離斜面,求磁場的磁感應強度.(g取10m/s2