带电粒子在组合场中的运动.doc

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1、带电粒子在组合场中的运动1．质谱仪图831(1)构造：如图831所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，qU＝mv2。粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝m。由以上两式可得r＝，m＝，＝。2．回旋加速器(1)构造：如图832所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中。图832(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由qvB＝，得Ekm＝，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度

2、B和D形盒半径r决定，与加速电压无关。[典例]　如图833所示为质谱仪的示意图。速度选择器部分的匀强电场的场强为E＝1.2×105V/m，匀强磁场的磁感强度为B1＝0.6T；偏转分离器的磁感应强度为B2＝0.8T。求：(已知质子质量为1.67×10－27kg)图833(1)能通过速度选择器的粒子的速度大小。(2)质子和氘核以相同速度进入偏转分离器后打在照相底片上的条纹之间的距离d。[解析]　(1)能通过速度选择器的粒子所受电场力和洛伦兹力大小相等、方向相反，有eB1v＝eE，得v＝＝m/s＝2×1

3、05m/s。(2)粒子进入磁场B2后做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，则eB2v＝m，得R＝设质子质量为m，则氘核质量为2m，故d＝×2－×2＝5.2×10－3m。[答案]　(1)2×105m/s　(2)5.2×10－3m[针对训练]1．(多选)(2016·天水一模)质谱仪的构造原理如图834所示。从粒子源S出来时的粒子速度很小，可以看作初速为零，粒子经过电场加速后进入有界的垂直纸面向里的匀强磁场区域，并沿着半圆周运动而达到照相底片上的P点，测得P点到入口的距离为x，则以下说法正确的是(　　)图83

4、4A．粒子一定带正电B．粒子一定带负电C．x越大，则粒子的质量与电量之比一定越大D．x越大，则粒子的质量与电量之比一定越小解析：选AC　根据左手定则，知粒子带正电，故A正确，B错误；根据半径公式r＝知，x＝2r＝，又qU＝mv2，联立解得x＝，知x越大，质量与电量的比值越大，故C正确，D错误。2．(多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，

5、如图835所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是(　　)图835A．增大匀强电场间的加速电压B．增大磁场的磁感应强度C．减小狭缝间的距离D．增大D形金属盒的半径解析：选BD　回旋加速器利用电场加速和磁场偏转来加速粒子，粒子射出时的轨道半径恰好等于D形盒的半径，根据qvB＝可得，v＝，因此离开回旋加速器时的动能Ek＝mv2＝可知，与加速电压无关，与狭缝距离无关，A、C错误；磁感应强度越大，D形盒的半径越大，动能越大，B、D正确。要点二　带电粒子在四类组合场中的运动带电粒子在电场和磁场

6、的组合场中运动，实际上是将粒子在电场中的加速与偏转，跟磁偏转两种运动有效组合在一起，有效区别电偏转和磁偏转，寻找两种运动的联系和几何关系是解题的关键。当带电粒子连续通过几个不同的场区时，粒子的受力情况和运动情况也发生相应的变化，其运动过程则由几种不同的运动阶段组成。[多维探究](一)先电场后磁场(1)先在电场中做加速直线运动，然后进入磁场做圆周运动。(如图836甲、乙所示)在电场中利用动能定理或运动学公式求粒子刚进入磁场时的速度。图836(2)先在电场中做类平抛运动，然后进入磁场做圆周运动。(如图

7、837甲、乙所示)在电场中利用平抛运动知识求粒子进入磁场时的速度。图837[典例1]　(2016·日照检测)如图838所示，坐标平面第Ⅰ象限内存在大小为E＝4×105N/C、方向水平向左的匀强电场，在第Ⅱ象限内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。质荷比＝4×10－10kg/C的带正电的粒子，以初速度v0＝2×107m/s从x轴上的A点垂直x轴射入电场，OA＝0.2m，不计粒子的重力。图838(1)求粒子经过y轴时的位置到原点O的距离；(2)若要使粒子不能进入第Ⅲ象限，求磁感应强度B的取值范围(不考虑粒

8、子第二次进入电场后的运动情况)。[思路点拨](1)带电粒子在第Ⅰ象限内做________运动，在第Ⅱ象限内做__________运动。提示：类平抛　匀速圆周(2)粒子恰不能进入第Ⅲ象限的条件是运动轨迹与x轴________。提示：相切[解析]　(1)设粒子在电场中运动时间为t，粒子经过y轴时的位置与原点O的距离为y，则xOA＝at2　a＝　y＝v0t代入数据解得a＝1.0×1015m/s2，t＝2.0×10－8s，y＝0.4m。(2)粒子经过y轴时在电场方向的分速度为：vx＝at＝