《带电粒子在复合场中的运动》.doc

《带电粒子在复合场中的运动》（4课时） 第1课时《电磁场》 【考点预习】： ㈠电磁场： ⒈特点→阶段性：电场和磁场分开，带电粒子在某一阶段只受一种场力，并不是同时受两种场力，故需根据不同情况选择不同规律解题； ⒉方法：⑴电场：①加速：动能定理(qU＝mv－mv)或牛顿定律(F=ma)； ②偏转：类平抛→运动的分解； ⑵磁场：①有界磁场基本步骤；②临界问题、极值问题、边界问题、多解问题； ⑶速度是联系各阶段运动的桥梁； ⒊电偏转与磁偏转的区别： 垂直进入匀强磁场 垂直进入匀强电场 情 境 图 受力 洛伦兹力f=qvB 电场力F=qE 大小不变，方向时刻指向圆心，是变力； 大小和方向都不变，是恒力； 运动性质 匀速圆周运动：找圆心，定半径，算周期； 类平抛运动：垂直电场方向→匀速直线运动平行电场方向→初速度为零的匀加速直线运动； 速度 大小不变，方向变； 大小和方向都变； 抛物线； 规律 r＝，T＝， t＝T＝； vx＝v0，vy＝t，x＝v0t，y＝t2， t＝； 电视机显像管； 示波器示波管； ㈡质谱仪(汤姆生学生：阿斯顿)：如图(8.3-1)所示，已知：U、B、r，求：=？ ⒈S1：初速为0的匀加速直线运动：； ⒉S2：匀速直线运动； ⒊S3：匀速圆周运动：； ⒋质谱仪与质谱线→作用：⑴测量带电粒子的质量；⑵分析同位素。 ㈢回旋加速器（1932年，美，劳伦斯）： ⒈原理：电场→加速，磁场→偏转； ⒉条件：粒子在匀强磁场做匀速圆周运动的周期与交变电流的周期相同：T磁=T电； (对不同粒子()：f不同)； ⒊有关计算： ⑴每次加速：（相同）； 相邻两次：； 加速n次：； 当v0=0时， ； ⑵粒子动能：若已知：n，v0，则：； 若已知：加速器半径R，则：（）； ⑶可将加速过程看作统一的匀加速直线运动：； 每次加速时间：()； 总加速时间：； ⒋作用与优缺点、直线加速器：(略) 【重点难点】： [例题1]：如图(8.3-)所示，水平放置的两块长直平行金属板a、b相距d＝0.10 m，a、b间的电场强度为E＝5.0×105 N/C，b板下方整个空间存在着磁感应强度大小为B＝6.0 T、方向垂直于纸面向里的匀强磁场。今有一质量为m＝4.8×10－25 kg、电荷量为q＝1.6×10－18C的带正电的粒子(不计重力)，从贴近a板的左端以v0＝1.0×106m/s的初速度水平射入匀强电场，刚好从狭缝P处穿过b板而垂直进入匀强磁场，最后粒子回到b板的Q处(图中未画出)。不计板a、b的厚度，求：P、Q之间的距离L。 [例题2]：如图(8.3-)所示，直角三角形OAC(α＝30°)区域内有B＝0.5T的匀强磁场，方向如图所示。两块平行极板M、N接在电压为U的直流电源上，左板为高电势。带正电的粒子从靠近M板由静止开始加速，从N板的小孔射出电场后，垂直OA的方向从P点进入磁场中。带电粒子的比荷为＝105 C/kg，O、P间距离为L＝0.3 m。全过程不计粒子所受的重力。⑴若加速电压U＝120V，通过计算说明粒子从三角形OAC的哪一边离开磁场；⑵求粒子分别从OA、OC边离开磁场时粒子在磁场中运动的时间。 【达标检测】： 如图(8.3-)所示是质谱仪的工作原理示意图。从容器A的下方小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为零。然后经S2进入速度选择器，速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B=10-2T和E=104V/m平板S的狭缝P强度为B0=5×10-3T胶片A1A2。⑴⑵若从S1进入的粒子是电子，质量为m=9.1×10-31kg、电荷量大小为e=1.6×10-19C加速电压U为多少？电子打在胶片A1A2上的位置？⑶已知氢的三种同位素氕()、氘()、氚()的质量分别为m1=1.6726×10-27kg、m2=6.6467×10-27kg、m3=5.0117×10-27kg。若某粒子通过速度选择器时电场强度为E=7.4×102V/m，且打在胶片A1A2上的位置在P的左边L=1.23m，其余不变，试判断该粒子是何种粒子？ ⒉回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝都得到加速，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近。若粒子源射出的质子电荷量为q=1.6×10-19C，质量为m=1.67×10-27kg，粒子最大回转半径Rm=1m，磁感应强度为B=0.5T，交变电压为U=2×104V，窄缝宽度d=0.cm，其运动轨迹如图(8.3-)所示。求：⑴两个D形盒内有无电场？质子在D形盒内做何种运动？⑵所加交流电频率是多大？⑶离子离开加速器的速度