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,课前演练,考点突破,专题六磁场、带电粒子在磁场及,复合场中运动,1/56,考情分析,磁场、带电粒子在磁场及复合场中运动,T4：安培力,T15：带电粒子在电磁场中运动(质谱议),T15：盘旋加速器,T15：带电离子在电磁场中运动(质谱议),2/56,命题解读,本专题共,6,个考点，其中带电粒子在匀强磁场中运动为高频考点。从近三年命题情况看，命题特点为：,(1),基础性。以选择题考查学生对安培力、洛伦兹力提供向心力了解能力。,(2),综合性。以组合场、当代科技等问题考查学生分析综合能力。,整体难度偏难,，,命题指数,，,复习目标是达,B,冲,A,。,3/56,1.,(,江苏清江中学冲刺模拟,),在高能粒子研究中，往往要把一束含有大量质子和粒子混合粒子分离开，如图,1,所表示，初速度可忽略质子和粒子，经电压为,U,电场加速后，进入分离区，假如在分离区使用匀强电场或匀强磁场把粒子进行分离，所加磁场方向垂直纸面向里，所加电场方向竖直向下，则以下可行方法是,(,),图,1,A.,电场和磁场都不能够,B.,电场和磁场都能够,C.,只能用电场,D.,只能用磁场,4/56,答案,D,5/56,2.,(,多项选择,),(,江苏扬州市高三期末检测,),盘旋加速器工作原理示意图如图,2,所表示，磁感应强度为,B,匀强磁场与盒面垂直，两盒间狭缝很小，粒子穿过时间可忽略，它们接在电压为,U,、频率为,f,交流电源上，若,A,处粒子源产生质子在加速器中被加速，以下说法正确是,(,),图,2,6/56,A.,若只增大交流电压,U,，则质子取得最大动能增大,B.,若只增大交流电压,U,，则质子在盘旋加速器中运行时间会变短,C.,若磁感应强度,B,增大，交流电频率,f,必须适当增大才能正常工作,D.,不改变磁感应强度,B,和交流电频率,f,，该盘旋加速器也能用于加速粒子,7/56,答案,BC,8/56,3.,(,多项选择,),(,盐城三模,),如图,3,所表示，圆形区域内有垂直于纸面方向匀强磁场，,A,、,B,、,C,、,D,是均匀分布在圆上四个点。带正电粒子从,A,点以一定速度对准圆心,O,进入磁场，从,D,点离开磁场，不计粒子重力。以下说法中正确是,(,),图,3,9/56,A.,只改变粒子带电性质，粒子在磁场中运动时间不变,B.,只改变粒子进入磁场时速度方向，粒子仍从,D,点射出磁场,C.,只改变粒子进入磁场时速度方向，粒子出磁场时速度方向不变,D.,只增大粒子进入磁场时速度大小，粒子在磁场中运动时间变长,10/56,答案,AC,11/56,图,4,12/56,答案,BC,13/56,1.,常见三种临界模型草图,带电粒子在有界匀强磁场中运动,14/56,2.,分析临界问题时应注意,从关键词、语句找突破口，审题时一定要抓住题干中,“,恰好,”“,最大,”“,最少,”“,不脱离,”,等词语，挖掘其隐藏规律。如：,(1),刚好穿出磁场边界条件是带电粒子在磁场中运动轨迹与边界相切；,(2),当速率,v,一定时，弧长,(,或弦长,),越长，圆心角越大，则带电粒子在有界磁场中运动时间越长；,(3),当速率,v,改变时，圆心角大，运动时间长；,(4),直径是圆最大弦。,15/56,【例,1,】,(,海门中学,),如图,5,所表示为一环形磁约束装置原理图，圆心为原点,O,、半径为,R,0,圆形区域,内有方向垂直,xOy,平面向里匀强磁场。一束质量为,m,、电荷量为,q,、动能为,E,0,带正电粒子从坐标为,(0,、,R,0,),A,点沿,y,负方向射入磁场区域,，粒子全部经过,x,轴上,P,点，方向沿,x,轴正方向。当在环形区域,加上方向垂直于,xOy,平面匀强磁场时，上述粒子仍从,A,点沿,y,轴负方向射入区域,，粒子经过区域,后从,Q,点第,2,次射入区域,，已知,OQ,与,x,轴正方向成,60,。不计重力和粒子间相互作用。求：,图,5,16/56,(1),区域,中磁感应强度,B,1,大小；,(2),若要使全部粒子均约束在区域内，则环形区域,中,B,2,大小、方向及环形半径,R,最少为多大；,(3),粒子从,A,点沿,y,轴负方向射入后至再次以相同速度经过,A,点运动周期。,17/56,18/56,19/56,【变式,1,】,(,江苏南京市、盐城市高三一模,),如图,6,所表示，在以,O,为圆心圆形区域内存在垂直纸面向里匀强磁场，磁感应强度为,B,0.2 T,。,AO,、,CO,为圆两条半径，夹角为,120,。一个质量为,m,3.2,10,26,kg,、电荷量,q,1.6,10,19,C,粒子经电场加速后，从图中,A,点沿,AO,进入磁场，最终以,v,1.0,10,5,m/s,速度从,C,点离开磁场。不计粒子重力。求：,图,6,20/56,(1),加速电场电压；,(2),粒子在磁场中运动时间；,(3),圆形有界磁场区域半径。,21/56,答案,(1)1 000 V,(2)1.0,10,6,s,(3)0.058 m,22/56,1.,处理带电粒子在组合场中运动问题思绪方法是,带电粒子在组合场中运动,23/56,2.,带电粒子在组合场中运动处理方法,24/56,图,7,25/56,(1),第三象限电场强度大小及方向；,(2),沿水平方向抛出初速度,v,0,；,(3),为了使全部小球都能打到,y,轴负半轴，所加磁场区域最小面积。,26/56,答案,(1)0.1 N/C,方向竖直向上,(2)10 m/s (3)0.5 m,2,27/56,【变式,2,】,(,常州模拟,),如图,8,所表示，两竖直金属板间电压为,U,1,，两水平金属板间距为,d,。竖直金属板,a,上有一质量为,m,、电荷量为,q,微粒,(,重力不计,),从静止经电场加速后，从另一竖直金属板上小孔水平进入两水平金属板间并继续沿直线运动。水平金属板内匀强磁场及其右侧宽度一定、高度足够高匀强磁场方向都垂直纸面向里，磁感应强度大小均为,B,，求：,图,8,28/56,(1),微粒刚进入水平金属板间时速度大小,v,0,；,(2),两水平金属板间电压；,(3),为使微粒不从磁场右边界射出，右侧磁场最小宽度,D,。,29/56,30/56,带电粒子在复合场中运动处理方法,带电粒子在复合场中运动,31/56,【例,3,】,(,江苏常州市高三期末考试,),如图,9,所表示，在,xOy,平面坐标系中，,x,轴上方存在电场强度,E,1000 V/m,、方向沿,y,轴负方向匀强电场；在,x,轴及与,x,轴平行虚线,PQ,之间存在着磁感应强度为,B,2 T,、方向垂直纸面向里匀强磁场，磁场宽度为,d,。一个质量,m,2,10,8,kg,、带电量,q,1.0,10,5,C,粒子从,y,轴上,(0,，,0.04),位置以某一初速度,v,0,沿,x,轴正方向射入匀强电场，不计粒子重力。,图,9,32/56,(1),若,v,0,200 m/s,，求粒子第一次进入磁场时速度,v,大小和方向；,(2),要使以大小不一样初速度射入电场粒子都能经磁场返回，求磁场最小宽度,d;,(3),要使粒子能够经过,x,轴上,100 m,处，求粒子入射初速度,v,0,。,33/56,34/56,35/56,36/56,【变式,3,】,如图,10,所表示，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上,(,与纸面平行,),，磁场方向垂直于纸面向里，三个带正电微粒,a,、,b,、,c,电荷量相等，质量分别为,m,a,、,m,b,、,m,c,，已知在该区域内，,a,在纸面内做匀速圆周运动，,b,在纸面内向右做匀速直线运动，,c,在纸面内向左做匀速直线运动。以下选项正确是,(,),图,10,A.,m,a,m,b,m,c,B.,m,b,m,a,m,c,C.,m,c,m,a,m,b,D.,m,c,m,b,m,a,37/56,解析,由题意知,，,三个带电微粒受力情况：,m,a,g,qE,，,m,b,g,qE,Bq,v,，,m,c,g,Bq,v,qE,，,所以,m,b,m,a,m,c,，,故,B,正确,，,A,、,C,、,D,错误。,答案,B,38/56,中学阶段常见带电粒子在正交匀强电场和匀强磁场中运动几个模型有,速度选择器、,盘旋加速器、,质谱仪、,磁流体发电机、,霍尔元件、,电磁流量计等。,、,、,和,共同特征是粒子在其中只受电场力和洛伦兹力作用，而且最终电场力和洛伦兹力平衡。,带电粒子在电磁场中运动与,当代科技综合应用,39/56,处理这类问题思绪主要有：,(1),力和运动关系。依据带电体所受力，利用牛顿第二定律并结合运动学规律求解。,(2),功效关系。依据场力以及其它外力对带电粒子做功引发能量改变或全过程中功效关系处理问题。这条线索不但适合用于均匀场，也适合用于非均匀场。,40/56,图,11,41/56,(1),当加速电压,U,200 V,、励磁线圈电流强度,I,1 A(,方向如图,),时，求带电粒子在磁场中运动轨道半径,r,；,(2),若仍保持励磁线圈中电流强度,I,1 A(,方向如图,),，为了预防粒子打到玻璃泡上，加速电压,U,应该满足什么条件；,(3),调整加速电压,U,，保持励磁线圈中电流强度,I,1 A,，方向与图中电流方向相反。忽略粒子束宽度，粒子恰好垂直打到玻璃泡边缘上，并以原速率反弹,(,碰撞时间不计,),，且刚好回到发射点，则当高度,h,为多大时，粒子回到发射点时间间隔最短，并求出这个最短时间。,42/56,43/56,44/56,答案,(1)0.2 m,(2),U,162 V,(3)0.146 m,10,4,s,45/56,图,12,46/56,(1),出射粒子动能,E,m,；,(2),粒子从飘入狭缝至动能到达,E,m,所需总时间,t,0,；,(3),要使飘入狭缝粒子中有超出,99%,能射出，,d,应满足条件。,47/56,48/56,49/56,50/56,图,13,51/56,(1),求原本打在,MN,中点,P,离子质量,m,；,(2),为使原本打在,P,离子能打在,QN,区域，求加速电压,U,调整范围；,(3),为了在,QN,区域将原本打在,MQ,区域全部离子检测完整，求需要调整,U,最少次数。,(,取,lg 2,0.301,，,lg 3,0.477,，,lg 5,0.699),52/56,53/56,54/56,55/56,56/56,
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