高考物理一轮复习 第九章 磁场 专题突破 带电粒子在组合场、叠加场、交变场中的运动教学案 沪科版-沪科版高三全册物理教学案

专题突破 带电粒子在组合场、叠加场、交变场中的运动 带电粒子在组合场中的运动 1.组合场中的两种典型偏转2.质谱仪(1)构造：如图 1 所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。图 1(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，有 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＝，＝。3.回旋加速器(1)构造：如图 2 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 2(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 B 和 D 形盒半径 r 决定，与加速电压无关。考向 1 组合场规律在现代科技中的应用教材引领1.[人教版选修 3－1·P100·例题]一个质量为 m、电荷量为 q 的粒子，从容器 A 下方的小孔 S1飘入电势差为 U 的加速电场，其初速度几乎为 0，然后经过 S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，最后打到照相底片 D 上(图 3)。图 3(1)求粒子进入磁场时的速率；(2)求粒子在磁场中运动的轨道半径。解析 (1)粒子进入磁场时的速度 v 等于它在电场中被加速而得到的速度。由动能定理，粒子得到的动能 mv2等于它在 S1、S2之间的加速电场中运动时电场对它做的功 qU，即 mv2＝qU由此解得 v＝。(2)粒子在磁场中只受洛伦兹力的作用，做匀速圆周运动，其向心力由洛伦兹力提供，设圆半径为 r 即 qvB＝m由此解得 r＝把第(1) 问中求得的 v 代入，得出粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径r＝如果容器 A 中粒子的电荷量相同而质量不同，它们进入匀强磁场后将沿着不同的半径做圆周运动，因而被分开，并打到照相底片的不同地方。从粒子打在底片上的位置可以测出圆周的半径 r，进而可以算出离子的比荷或求出它的质量m。答案 (1) (2)真题闯关2.(2016·全国卷Ⅰ，15)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图 4 所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的 12 倍。此离子和质子的质量比约为( )图 4A.11 B.12 C.121 D.144解析 设质子的质量和电荷量分别为 m1、q1，一价正离子的质量和电荷量为 m2、q2。对于任...