【優(yōu)化方案】2013-2014學(xué)年高二物理：第三章 習(xí)題課 帶電粒子在組合場中的運動

習(xí) 題 課 帶 電 粒 子 在 組 合 場 中 的 運 動第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場一 、 帶 電 粒 子 在 組 合 場 內(nèi) 運 動 的 分 析知 識 檢 索組 合 場 是 指 電 場 、 磁 場 同 時 存 在 ， 但 各 位 于 一 定 的 區(qū) 域 內(nèi) (或 電 場 、 磁 場 交 替 存 在 ， 位 于 同 一 指 定 的 區(qū) 域 內(nèi) ) 若 帶 電粒 子 速 度 方 向 與 磁 場 方 向 平 行 ， 則 在 磁 場 中 做 勻 速 直 線 運動 ； 若 帶 電 粒 子 垂 直 進(jìn) 入 磁 場 ， 則 做 勻 速 圓 周 運 動 而在 電 場 中 ， 若 速 度 方 向 與 電 場 線 在 同 一 直 線 上 ， 則 做 勻 變速 直 線 運 動 ； 若 速 度 方 向 與 電 場 線 垂 直 ， 則 做 類 平 拋 運 動 . 第 三 章 磁 場解 決 這 類 問 題 ， 所 需 知 識 如 下 ：處 理 這 類 問 題 時 ， 一 要 注 意 在 兩 個 場 中 的 運 動 分 別 獨 立 ； 二要 注 意 在 前 一 個 場 中 運 動 的 末 速 度 是 在 后 一 個 場 中 運 動 的 初速 度 ； 三 要 注 意 幾 何 關(guān) 系 的 應(yīng) 用 常 見 題 型 有 ： 帶 電 粒 子 在 電 場 中 加 速 在 磁 場 中 偏 轉(zhuǎn) 帶 電 粒 子 在 組 合 場 中 的 雙 偏 轉(zhuǎn) 第 三 章 磁 場例 1 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場 (2013武 漢 三 中 高 二 檢 測 )如 圖 所 示 ， 在 xOy平 面 內(nèi) ，第 一 象 限 中 有 勻 強 電 場 ， 勻 強 電 場 電 場 強 度 大 小 為 E， 方 向沿 y軸 正 方 向 ， 在 x軸 下 方 有 勻 強 磁 場 ,磁 感 應(yīng) 強 度 大 小 為 B，方 向 垂 直 于 紙 面 向 里 今 有 一 個 質(zhì) 量 為 m 、 電 荷 量 為 e的 電 子(不 計 重 力 )， 從 y軸 上 的 P點 以 初 速 度 v0垂 直 于 電 場 方 向 進(jìn) 入電 場 ， 經(jīng) 電 場 偏 轉(zhuǎn) 后 沿 著 與 x軸 正 方 向 成 45 的 方 向 進(jìn) 入 磁場 ， 并 能 返 回 到 出 發(fā) 點 P.(1)作 出 電 子 運 動 軌 跡 的 示 意 圖 ，并 說 明 電 子 的 運 動 情 況 ；(2)P點 到 O點 的 豎 直 距 離 為 多 少 ？ (3)電 子 從 P點 出 發(fā) 經(jīng) 多 長 時 間 第 一 次 返 回 P點 例 2 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場【 答 案 】 見 解 析【 名 師 點 評 】 正 確 解 決 這 類 問 題 的 基 礎(chǔ) 是 對 粒 子 在 每 個場 中 運 動 性 質(zhì) 的 判 斷 ， 并 畫 出 運 動 軌 跡 ， 關(guān) 鍵 是 確 定 粒 子 通 過 場 區(qū) 分 界 線 時 的 位 置 、 速 度 大 小 和 方 向 第 三 章 磁 場嘗 試 應(yīng) 用1.電 視 機 的 顯 像 管 中 ， 電 子 束 的 偏 轉(zhuǎn) 是 用 磁 偏 轉(zhuǎn) 技 術(shù) 實 現(xiàn) 的 ,電 子 束 經(jīng) 過 電 壓 為 U的 加 速 電 場 后 ， 進(jìn) 入 一 圓 形 勻 強 磁 場 區(qū) ,如 圖 所 示 ， 磁 場 方 向 垂 直 于 圓 面 ， 磁 場 區(qū) 的 中 心 為 O， 半 徑為 r.當(dāng) 不 加 磁 場 時 ， 電 子 束 將 通 過 O點 而 打 到 屏 幕 的 中 心 M點， 為 了 讓 電 子 束 射 到 屏 幕 邊 緣 P， 需 要 加 磁 場 ， 使 電 子 束 偏轉(zhuǎn) 一 已 知 角 度 ， 此 時 磁 場 的 磁 感 應(yīng) 強 度 B應(yīng) 為 多 少 ？ 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場2.(2013西 城 區(qū) 期 末 )如 圖 所 示 ， 相 距 為 R的 兩 塊 金 屬 板 M、 N正 對 著 放 置 ， S1、 S2分 別 為 M、 N板 上 的 小 孔 ， S1、 S2、 O三點 共 線 ， 它 們 的 連 線 垂 直 于 板 M、 N,且 S2O R.以 O為 圓 心 、R為 半 徑 的 圓 形 區(qū) 域 內(nèi) 存 在 磁 感 應(yīng) 強 度 為 B、 方 向 垂 直 紙 面向 外 的 勻 強 磁 場 D為 收 集 板 ， 板 上 各 點 到 O點 的 距 離 以 及兩 端 點 的 距 離 都 為 2R， 板 兩 端 點 的 連 線 垂 直 M、 N兩 板 質(zhì)量 為 m 、 帶 電 荷 量 為 q的 粒 子 ， 經(jīng) S 1進(jìn)入 M、 N兩 板 間 的 電 場 后 ， 通 過 S2進(jìn) 入磁 場 粒 子 在 S1處 的 速 度 和 粒 子 所 受 的重 力 均 不 計 第 三 章 磁 場(1)當(dāng) M、 N兩 板 間 的 電 壓 為 U時 ， 求 粒 子 進(jìn) 入 磁 場 時 速 度 v的 大 小 ；(2)若 粒 子 恰 好 打 在 收 集 板 D的 中 點 上 ， 求 M、 N兩 板 間 的電 壓 值 U0；(3)當(dāng) M、 N兩 板 間 的 電 壓 不 同 時 ， 粒 子 從 S 1到 打 在 D上 經(jīng)歷 的 時 間 t會 不 同 ， 求 t的 最 小 值 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場 答 案 ： 見 解 析 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場答 案 ： 見 解 析 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場5.(2013山 西 四 校 聯(lián) 考 )如 圖 所 示 ， 真 空 室 內(nèi) 豎 直 條 形 區(qū) 域 中 存 在 垂 直 紙 面 向 外 的 勻 強 磁 場 ， 條 形 區(qū) 域 (含 、 區(qū)域 分 界 面 )中 存 在 水 平 向 右 的 勻 強 電 場 ， 電 場 強 度 為 E， 磁 場和 電 場 寬 度 均 為 L且 足 夠 長 ,M、 N為 涂 有 熒 光 物 質(zhì) 的 豎 直 板 .現(xiàn) 有 一 束 質(zhì) 子 從 A處 連 續(xù) 不 斷 地 射 入 磁 場 ， 入 射 方 向 與 M板成 60 夾 角 且 與 紙 面 平 行 ， 質(zhì) 子 束 由 兩 部 分 組 成 ， 一 部 分 為速 度 大 小 為 v的 低 速 質(zhì) 子 ， 另 一 部 分 為 速 度 大 小 為 3v的 高 速質(zhì) 子 ， 當(dāng) 區(qū) 域 中 磁 場 較 強 時 ， M板 出 現(xiàn) 兩 個 亮 斑 ， 緩 慢 改變 磁 場 強 弱 ， 直 至 亮 斑 相 繼 消 失 為 止 ， 此 時 觀 察 到 N板 有 兩個 亮 斑 已 知 質(zhì) 子 質(zhì) 量 為 m ， 電 荷 量 為 e， 不 計 質(zhì) 子 重 力 和 相 互 作 用 力 ， 求 ： 第 三 章 磁 場(1)此 時 區(qū) 域 的 磁 感 應(yīng) 強 度 ；(2)到 達(dá) N板 下 方 亮 斑 的 質(zhì) 子 在 磁 場 中 運 動 的 時 間 ；(3)N板 兩 個 亮 斑 之 間 的 距 離 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場答 案 ： 見 解 析 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場答 案 ： 見 解 析 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場典 題 示 例 回 旋 加 速 器 是 用 來 加 速 一 群 帶 電 粒 子 使 它 們 獲 得 很大 動 能 的 儀 器 ， 其 核 心 部 分 是 兩 個 D形 金 屬 盒 ， 兩 盒 分 別 和一 高 頻 交 流 電 源 兩 極 相 接 ， 以 便 在 盒 內(nèi) 的 窄 縫 中 形 成 勻 強 電場 ， 使 粒 子 每 穿 過 狹 縫 時 都 得 到 加 速 .兩 盒 放 在 勻 強 磁 場 中 ,磁 場 方 向 垂 直 于 盒 底 面 ， 離 子 源 置 于 盒 的 圓 心 附 近 ， 若 離 子源 射 出 的 離 子 電 荷 量 為 q， 質(zhì) 量 為 m ， 粒 子 的 最 大 回 旋 半 徑為 R max.問 ：(1)所 加 交 變 電 流 的 頻 率 應(yīng) 是 多 少 ？(2)離 子 離 開 加 速 器 時 的 最 大 速 度 、 最 大 動 能 為 多 少 ？(3)設(shè) 兩 D形 盒 間 電 場 的 電 勢 差 為 U， 盒 間 距 離 為 d， 且 為 勻 強電 場 ， 求 加 速 到 上 述 能 量 所 需 的 時 間 例 3 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場嘗 試 應(yīng) 用7.1930年 勞 倫 斯 制 成 了 世 界 上 第 一 臺 回 旋 加 速 器 ， 其 原 理 如圖 所 示 這 臺 加 速 器 由 兩 個 銅 質(zhì) D形 盒 D1、 D2構(gòu) 成 ， 其 間 留有 空 隙 ， 下 列 說 法 正 確 的 是 ( )A 離 子 由 加 速 器 的 中 心 附 近 進(jìn) 入 加 速 器B 離 子 由 加 速 器 的 邊 緣 進(jìn) 入 加 速 器C 離 子 從 磁 場 中 獲 得 能 量D 離 子 從 電 場 中 獲 得 能 量 第 三 章 磁 場解 析 ： 選 AD.回 旋 加 速 器 對 離 子 加 速 時 ， 離 子 是 由 加 速 器 的中 心 附 近 進(jìn) 入 加 速 器 的 ， 選 項 A正 確 ， 選 項 B錯 誤 ； 離 子 在磁 場 中 運 動 時 ， 洛 倫 茲 力 不 做 功 ， 所 以 離 子 的 能 量 不 變 ， 選項 C錯 誤 ； D形 盒 D1、 D2之 間 存 在 交 變 電 場 ， 當(dāng) 離 子 通 過 交變 電 場 時 ， 電 場 力 對 離 子 做 正 功 ， 離 子 的 能 量 增 加 ， 所 以 離子 的 能 量 是 從 電 場 中 獲 得 的 ， 選 項 D正 確 故 選 AD. 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場9.回 旋 加 速 器 是 加 速 帶 電 粒 子 的 裝 置 ， 其 核 心 部 分 是 分 別 與高 頻 交 流 電 極 相 連 接 的 兩 個 D形 金 屬 盒 ， 兩 盒 間 的 狹 縫 中 形成 周 期 性 變 化 的 電 場 ， 使 粒 子 在 通 過 狹 縫 時 都 能 得 到 加 速 ，兩 D形 金 屬 盒 處 于 垂 直 于 盒 底 的 勻 強 磁 場 中 ， 如 圖 所 示 ， 要增 大 帶 電 粒 子 射 出 時 的 動 能 ， 則 下 列 說 法 中 正 確 的 是 ( )A 增 大 勻 強 電 場 間 的 加 速 電 壓B 增 大 磁 場 的 磁 感 應(yīng) 強 度C 增 加 周 期 性 變 化 的 電 場 的 頻 率D 增 大 D形 金 屬 盒 的 半 徑 第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場本 部 分 內(nèi) 容 講 解 結(jié) 束按 ESC鍵 退 出 全 屏 播 放