4.10物理探究.ppt

(3)回旋加速器： ①用途：加速带电粒子。 ②原理：带电粒子在电场中加速,在磁场中偏转,交变电压的周期与带 电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期相同。 ③粒子获得的最大动能 其中rm表示D形盒的最大半径。 【题组过关】 1.如图所示,长方体玻璃水槽中盛有NaCl的水溶液,在水槽左、右侧壁内侧各装一导体片,使溶液中通入沿x轴正向的电流I,沿y轴正向加恒定的匀强磁场B。图中a、b是垂直于z轴方向上水槽的前后两内侧面,则(　　) A.a处电势高于b处电势 B.a处离子浓度大于b处离子浓度 C.溶液的上表面电势高于下表面的电势 D.溶液的上表面处的离子浓度大于下表面处的离子浓度 【解析】选B。在NaCl溶液中,Na+和Cl-同时参与导电,且运动方向相反,由左手定则可以判断两种离子都将向a侧面偏转,故a侧面电性仍然是中性的,a、b两侧面不存在电势差,但a处离子浓度要大于b处离子浓度,B正确。 2.(2015·江苏高考)一台质谱仪的工作原理如图所示,电荷量均为 +q、质量不同的离子飘入电压为U0的加速电场,其初速度几乎为零。 这些离子经加速后通过狭缝O沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度 为B的匀强磁场,最后打在底片上。已知放置底片的区域MN =L,且OM =L。某次测量发现MN中左侧 区域MQ损坏,检测不到离子,但右侧 区域QN仍能正常检测到离子。在适当调节加速电压后,原本打在MQ的 离子即可在QN检测到。 (1)求原本打在MN中点P的离子质量m。 (2)为使原本打在P的离子能打在QN区域,求加速电压U的调节范围。 (3)为了在QN区域将原本打在MQ区域的所有离子检测完整,求需要调节U的最少次数。(取lg2=0.301,lg3=0.477,lg5=0.699) 【解析】(1)离子在电场中加速 在磁场中做匀速圆周运动 解得 代入 解得 (2)由(1)知, 若离子打在Q点,则 若离子打在N点,则 则电压的范围 (3)由(1)可知, 由题意知,第1次调节电压到U1,使原本打在Q点的离子打在N点, 则 此时,原本半径为r1的打在Q1的离子打在Q上 解得r1= 第2次调节电压到U2,原本打在Q1的离子打在N点,原本半径为r2的打在Q2的离子打在Q上,则 解得 同理,第n次调节电压,有 检测完整,有 解得 最少次数为3次。 答案：(1) (2) (3)3 【加固训练】如图所示,沿直线通过速度选择器的正离子从狭缝S射入磁感应强度为B2的匀强磁场中,偏转后出现的轨迹半径之比为R1∶R2=1∶2,则下列说法正确的是(　　) A.离子的速度之比为1∶2 B.离子的电荷量之比为1∶2 C.离子的质量之比为1∶2 D.以上说法都不对 【解析】选D。因为两离子能沿直线通过速度选择器,则qvB1=qE,即 所以两离子的速度相同,选项A错误;根据 则 选项B、C错误;故选D。 带电粒子在交变电磁场中的运动问题 【经典案例】 (18分)(2015·成都一模)如图甲所示,竖直平面(纸面)内,Ⅰ、Ⅱ区 域有垂直于纸面、方向相反的匀强磁场,磁感应强度大小为B,两磁场 边界平行,与水平方向夹角为45°,两磁场间紧靠边界放置长为L、间 距为d的平行金属板MN、PQ,磁场边界上的O点与PQ板在同一水平面上, 直线O1O2到两平行板MN、PQ的距离相等,在两板间存在如图乙所示的 交变电场(取竖直向下为正方向)。质量为m、电量为+q的粒子,t0时刻 从O点沿垂直于OP竖直向上射入磁场, 的时刻沿水平方向从点O1 进入电场,并从点O2离开电场,不计粒子重力,求： (1)粒子的初速度v0。 (2)粒子从点O进入Ⅰ磁场到射出Ⅱ磁场运动的总时间。 (3)若将粒子的速度提高一倍,仍从t0时刻由点O竖直向上射入,且交变 电场的周期为 要使粒子能够穿出电场,则电场强度大小E0满足 的条件。 【审题流程】 【满分模板】 (1)粒子的运动轨迹如图中曲线a所示,则： ①(1分) 由牛顿第二定律得： ②(1分) 解得： (1分) (2)粒子在磁场中的运动时间： ③(1分) 在电场中的运动时间： 　④(1分) 两段场外的时间： ⑤(1分) 总时间为：t=t1+t2+t3　⑥(1分) 解得： (1分) (3)粒子速度提高一倍后,其轨迹如(1)图中曲线b所示。粒子两次在磁场Ⅰ中运动的时间相同,所以第二次进入时比第一次提前： ⑦(1分) 所以,粒子第二次是在t=0时刻进入电场的　(1分) 第一次在电场中的轨迹如