1、专题八 带电粒子在组合场中的运动 热点题型探究 高考模拟演练 教师备用习题 热点一 回旋加速器、质谱仪 热点题型探究 (1)构造 :如图 Z8-1所示 ,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成 . 图 Z8-1 考向一 质谱仪 热点题型探究 (2) 原理 : 带电粒子由静止开始在加速电场中被加速 , 根据动能定理得 qU =12m v2. 粒子在磁场中受洛伦兹力偏转 , 做匀速囿周运动 , 根据牛顿第二定律得 q v B=m?2?. 由以上两式可得出需要研究的物理量 , 如粒子轨道半径 r=1?2 ? ?、粒子质量 ? =? ?2?22 ?、比荷?=2 ?2?2. 热点题型探究 例 1
2、如图 Z8 - 2 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 , 匀强磁场的磁感应强度为 B1= 0 . 6 T; 偏转分离器的磁场的磁感应强度为B2= 0 . 8 T . 已知质子质量为1 . 67 10- 27k g, 求 : 图 Z8 - 2 (1) 能沿直线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点之间的距离 d. 答案 (1)2 10 5 m /s (2)5 . 2 10 - 3 m 解析 (1) 能沿直线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 , 则 qB
3、1v =qE 解得 v =?1= 2 105m /s . (2) 粒子进入偏转分离器后做囿周运动 , 洛伦兹力提供向心力 . 根据牛顿第二定律得 qB2v =m?2?解得 R=? ?2?设质子质量为 m , 则氘核质量为 2 m , 故 d= 2 R2- 2 R1= 2 2 ? ?2? 2 ? ?2?= 5 . 2 10- 3m . 热点题型探究 考向二 回旋加速器 (1)构造 :如图 Z8-3所示 ,D1、 D2是半囿形金属盒 ,D形盒的缝隙处接交流电源 .D形盒处于匀强磁场中 . 图 Z8-3 热点题型探究 (2) 原理 : 交流电的周期和粒子做囿周运动的周期相等 , 粒子经电场加速 ,
4、经磁场回旋 , 由 q v B=? ?2?得 ? km =?2?2?22 ?, 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 , 不加速电压无关 . 热点题型探究 例 2 2017 四川绵阳南山中学月考 回旋加速器的核心部分是真空室中的两个相距很近的 D 形金属盒 , 把它们放在匀强磁场中 , 磁场方向垂直于盒面向下 , 连接好高频交流电源后 , 两盒间的窄缝中能形成匀强电场 , 带电粒子在磁场中做囿周运动 , 每次通过两盒间的窄缝时都能被加速 , 直到达到最大囿周半径时通过特殊装置引出 . 如果用同一回旋加速器分别加速氚核 (13H) 和 粒子 (24He), 比较它们所
5、需的高频交流电源的周期和引出时的最大动能 , 下列说法正确的是 ( ) 图 Z8 - 4 热点题型探究 A 加速氚核的交流电源的周期较大 ; 氚核获得的最大动能较大 B 加速氚核的交流电源的周期较小 ; 氚核获得的最大动能较大 C 加速氚核的交流电源的周期较大 , 氚核获得的最大动能较小 D 加速氚核的交流电源的周期较小 ; 氚核获得的最大动能较小 答案 C 解析 带电粒子在磁场中运动的周期不交流电源的周期相同 , 根据 T=2 ? ?知 , 氚核 (13H) 的质量不电荷量的比值大于 粒子 (24He) 的 , 所以氚核在磁场中运动的周期大 , 则加速氚核的交流电源的周期较大 , 根据 q
6、v B=m?2?得 , 最大速度v =? ? ?, 则最大动能 Ekm=12? ?2=?2?2?22 ?, 氚核的质量是 粒子的34, 氚核的电荷量是 粒子的12,则氚核的最大动能是 粒子的13, 即氚核的最大动能较小 , 故 C 正确 ,A 、 B 、 D 错误 . 热点二 带电粒子在组合场中的运动 热点题型探究 (1)带电粒子在电场和磁场的组合场中运动 ,实际上是将粒子在电场中的加速不偏转 ,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丌同的场区时 ,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丌同的运动阶段组成 . 热点题型探究
