2019版高考物理大二轮复习浙江专用课件:专题三 电场与磁场 12 .pptx
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1、第12讲 带电粒子在复合场中 的运动问题,-2-,带电粒子在组合场中的运动 考向1 磁场+磁场 【典题1】(2018年2月宁波期末,22)在一个放射源水平放出、三种射线,垂直射入如图所示磁场,区域和的宽度均为d,各自存在着垂直纸面的匀强磁场,两区域的磁感应强度大小B相等,方向相反(粒子运动不考虑相对论效应)。,-3-,(1)若要筛选出速率大小v1的所有粒子进入区域,求磁场宽度d与B和v1的关系; (2)若B=0.027 3 T,v1=0.1c(c是光速度),计算d;粒子的速率为0.001c,计算粒子和射线离开区域时的距离(答案均保留三位有效数字); (3)当d满足第(1)小题所给关系时,请给出
2、速率在v1vv2区间的粒子离开区域时的位置。已知电子质量me=9.110-31 kg,粒子质量m=6.710-27 kg,电子电荷量q=1.610-19 C, (|x|1时),-4-,-5-,-6-,(3)画出速率分别为v1和v2的粒子离开区域的轨迹如下图,-7-,解题技法带电粒子在磁场+磁场的组合场中运动,当随空间位置的改变粒子从一个磁场进入另一个磁场时,要注意作为衔接的物理量速度是不变的,从而粒子在相邻的两个磁场中的圆周运动的轨迹会有相切的关系(内切或外切),另外还要注意由于磁场边界的存在所需要满足的相应几何关系。,-8-,当堂练1 (2018年5月温州新力量联盟高二期中联考)一束电子束射
3、入如图所示的组合磁场中,其中磁场的磁感应强度为B,方向向里,磁场横向宽度为d,纵向延伸至无穷;磁场的磁感应强度为B,方向向外,磁场横向宽度为3d,纵向延伸至无穷。以粒子进入磁场点处为原点,射入方向为x轴正方向,建立平面直角坐标系。同时为了探测电子的位置,在磁场的左侧边界铺设了荧光屏。已知电子的比荷为k。忽略电子间的相互作用与重力作用。求:,-9-,(1)粒子能够进入磁场的最小速度v1的大小。 (2)当v1满足(1)小题所给值,粒子速度为 时离开磁场时的坐标。 (3)当v1满足(1)小题所给值时,若运动的带电粒子能使荧光屏发光,已知放射源放出的粒子速度为3v1v0.5v1,那么荧光屏发光的坐标范
4、围是多少?,-10-,解析:(1)粒子进入磁场的最小速度情况如图1所示: 图1 由洛伦兹力提供向心力得:,-11-,图2,-12-,(3)当0.5v1vv1时,临界情况如图3所示。 图3 亮线范围是:y轴上-2dy-d。,-13-,当v1v2v1时,临界情况如图4所示。,图4,-14-,考向2 电场+磁场 【典题2】离子注入机是将所需离子经过加速、选择、扫描从而将离子“注入”半导体材料的设备。其整个系统如甲图所示。其工作原理简化图如图所示。MN是理想平行板电容器,N板正中央有一小孔A作为离子的喷出口,在电容器的正中间O1有一粒子源,该粒子源能和电容器同步移动或转动。为了研究方便建立了如图所示的
5、xOy平面,y轴与平行于y轴的直线(x= )区域内有垂直纸面向里的匀强磁场。粒子源持续不断地产生质量为m、电荷量为q的正粒子(不计电荷间的相互作用、初速度和重力,不考虑磁场的边界效应)。,-15-,-16-,(1)当UMN=U0时,求这些粒子经电容器MN加速后速度v的大小; (2)电容器的电压连续可调,当磁场的磁感应强度恒为B= ,求粒子从D点射出时,电容器的电压(用U0表示); (3)保持(2)问中的磁感应强度B和打到D点时的电压不变,欲使粒子打到C点,可将电容器和粒子源绕O点同步旋转,求旋转的角度大小; (4)请在直线x= 右方设置一个或多个电场、磁场区域(或组合),使得(2)问中从D点出
6、射的粒子最终从x轴上沿x轴正方向射出(只需画出场或组合场的范围、方向,并大致画出粒子的运动轨迹。,-17-,(2)粒子从D点射出时,设半径为r,所加电压为U,-18-,(3)设应旋转的角度为, 从C点射出时,其轨迹如图所示,COB=53 因而=COB-=53-30=23 即应旋转的角度为23。,-19-,(4)如图所示。,-20-,解题技法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加速与偏转和磁偏转两种运动有效组合在一起,有效区别电磁偏转,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,其运动过程则由几个不
7、同的运动阶段组成。,-21-,当堂练2 “太空粒子探测器”是安装在国际空间站上的一种粒子物理试验设备,用于探测宇宙中的奇异物质。该设备的原理可简化如下:如图所示,辐射状的加速电场区域边界为两个同心平行半圆弧面MN和MN,圆心为O,弧面MN与弧面MN间的电势差设为U,在加速电场的右边有一宽度为L的足够长的匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里,磁场的右边界放有一足够长的荧光屏PQ。假设太空中漂浮着质量为m,电荷量为q的带正电粒子,它们能均匀地吸附到MN圆弧面上,并被加速电场从静止开始加速,不计粒子间的相互作用和其他星球对粒子引力的影响。,-22-,-23-,-24-,由上题结论可知r=L
8、 从O点斜向下射入磁场时,OC为弦,到达PQ屏时间最短,由几何关系可知 OD=CD=OC=L,故=60,-25-,(3)设粒子打在C点上方最远点为E,此时圆弧与PQ屏相切于E点, 过圆心O1作OC的垂线O1G,在直角OO1G中,设粒子打在C点下方最远点为F, 此时粒子从O点竖直向下进入磁场, 圆弧与PQ交于F点。,-26-,考向3 磁场+电场 【典题3】电子对湮灭是指电子e-和正电子e+碰撞后湮灭,产生伽马射线的过程,电子对湮灭是正电子发射计算机断层扫描(PET)及正电子湮灭能谱学(PAS)的物理基础。如图所示,在平面直角坐标系xOy上,P点在x轴上,且OP=2L,Q点在负y轴上某处。在第象限
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