湖南省衡阳县2020学年高中物理上学期期末复习十 带电粒子在组合场或叠加场中的运动学案（无答案）新人教版选修3-1

湖南省衡阳县2020学年高中物理上学期期末复习十 带电粒子在组合场或叠加场中的运动学案（无答案）新人教版选修3-1

带电粒子在组合场或叠加场中的运动 ‎ 一、回旋加速器和质谱仪 ‎【例1】回旋加速器是用来加速带电粒子，使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝都得到加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子的电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rm，其运动轨迹如图所示．问：‎ ‎(1)所加交流电压频率应是多大，粒子运动的角速度为多大？‎ ‎(2)粒子离开加速器时速度为多大？最大动能为多少？‎ 针对训练 ‎1.由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图所示，它曾由航天飞机携带升空，将来安装在阿尔法国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质．所谓的反物质即质量与正粒子相等，带电量与正粒子相等但相反，例如反质子即为，假若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，以相同的速度通过OO′进入匀强磁场B2而形成的4条径迹，则(　　)‎ A．1、3是反粒子径迹 B．2、4为反粒子径迹 C．1、2为反粒子径迹 D．4为反α粒子径迹 二、带电粒子在叠加场中的运动 ‎(1)带电粒子在复合场中处于静止或匀速直线运动状态时，带电粒子所受合力为零，应利用平衡条件列方程求解．‎ ‎(2)带电粒子做匀速圆周运动时，重力和静电力平衡，洛伦兹力提供向心力，应利用平衡方程和向心力公式求解．‎ ‎(3)当带电粒子在复合场中做非匀变速曲线运动时，带电粒子所受洛伦兹力必不为零，且其大小和方向不断变化，但洛伦兹力不做功，这类问题一般应用动能定理求解．‎ ‎【例2】如图所示，位于竖直平面内的坐标系，在其第三象限空间有沿水平方向的、垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B=0.5T，还有沿x轴负方向的匀强电场，场强大小为E=2N/C。在其第一象限空间有沿y轴负方向的、场强大小也为E的匀强电场，并在的区域有磁感应强度也为B的垂直于纸面向里的匀强磁场。一个带电荷量为q的油滴从图中第三象限的P点得到一初速度，恰好能沿PO作匀速直线运动（PO与x轴负方向的夹角为=45°），并从原点O进入第一象限。已知重力加速度g=‎10m/s2，问：‎ ‎（1）油滴在第三象限运动时受到的重力、电场力、洛伦兹力三力的大小之比，并指出油滴带何种电荷；‎ ‎（2）油滴在P点得到的初速度大小：‎ ‎（3）油滴在第一象限运动的时间。‎ 三、带电粒子在组合场中的运动 ‎1．这类问题往往是粒子依次通过几个并列的场，如电场与磁场并列；其运动性质随区域场的变化而变化．解题时要弄清楚场的性质、场的方向、强弱、范围等．‎ ‎2．要进行正确的受力分析，确定带电粒子的运动状态，画出运动的轨迹．‎ ‎3．电场中常有两种运动方式：加速或偏转；而匀强磁场中，带电粒子常做匀速圆周运动．‎ ‎【例3】如图所示的直角坐标系xOy中，x<0，y>0的区域内有沿x轴正方向的匀强电场，x≥0的区域内有垂直于xOy坐标平面向外的匀强磁场，x轴上P点坐标为(－L,0)，y轴上M点的坐标为(0，L)．有一个带正电的粒子从P点以初速度v沿y轴正方向射入匀强电场区域，经过M点进入匀强磁场区域，然后经x轴上的C点(图中未画出)运动到坐标原点O.不计重力．求：‎ ‎(1)粒子在M点的速度v′；‎ ‎(2)C点与O点的距离x；‎ ‎(3)匀强电场的电场强度E与匀强磁场的磁感应强度B的比值．‎ 课时训练 ‎1．如图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图,其核心部分是两个D形金属盒。在加速带电粒子时,两金属盒置于匀强磁场中,两盒分别与高频电源相连。带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示,忽略带电粒子在电场中的加速时间,则下列判断正确的是(　　)‎ A.在Ek-t图中应有t4-t3=t3-t2=t2-t1‎ B.高频电源的变化周期应该等于tn-tn-1‎ C.粒子加速次数越多,粒子最大动能一定越大 D.要想粒子获得的最大动能越大,可增加D形盒的面积 ‎2.如图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图。速度选择器（也称滤速器）中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直纸面向外。在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1入射到速度选择器中，若m甲=m乙

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