带电粒子在磁场中的圆周运动上.ppt
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1、带电粒子在磁场中的圆周运动上 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望带电粒子在磁场中的圆周运动带电粒子在磁场中的圆周运动(上上)2004年北京理综卷年北京理综卷192004年春季理综卷年春季理综卷222006年江苏卷年江苏卷22006年北京卷年北京卷2006年苏锡常镇四市一模年苏锡常镇四市一模1505年南京质量检测二年南京质量检测二152005年理综全国卷年理综全国卷I202005年全国卷年全国卷232005年天津卷年天津卷2506年南通一中训练卷年南通一
2、中训练卷172006年天津理综卷年天津理综卷242005年广东卷年广东卷1606年南京市模考年南京市模考1506年江苏盐城中学模拟年江苏盐城中学模拟1806年南通市调研测试一年南通市调研测试一1819如图所示,正方形区域如图所示,正方形区域abcd中充满匀强磁场,磁中充满匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里。一个氢核从场方向垂直纸面向里。一个氢核从ad边的中点边的中点m沿着沿着既垂直于既垂直于ad边又垂直于磁场的方向,以一定速度射入边又垂直于磁场的方向,以一定速度射入磁场,正好从磁场,正好从ab边中点边中点n射出磁场。若将磁场的磁感射出磁场。若将磁场的磁感应强度变为原来的应强度变为原来的2倍倍.其他
3、条件不变,则这个氢核射其他条件不变,则这个氢核射出磁场的位置是出磁场的位置是()A在在b、n之间某点之间某点B在在n、a之间某点之间某点Ca点点D在在a、m之间某点之间某点2004年北京理综年北京理综卷卷19、adcbmnBvC如图,在如图,在x0,y0的空间中有的空间中有恒定的匀强磁场,磁感强度的方向垂直于恒定的匀强磁场,磁感强度的方向垂直于Oxy平面向里,平面向里,大小为大小为B。现有一质量为。现有一质量为m、电量为电量为q 的带电粒子,在的带电粒子,在x轴上到原点的距离为轴上到原点的距离为x0的的P点,以平行于点,以平行于y轴的初速度轴的初速度射入此磁场,在磁场作用下沿垂直于射入此磁场,
4、在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此轴的方向射出此磁场。不计重力的影响磁场。不计重力的影响.由这些条件可知,由这些条件可知,()A不能确定粒子通过不能确定粒子通过y 轴时的位置轴时的位置B不能确定粒子速度的大小不能确定粒子速度的大小C不能确定粒子在磁场中运动所经历的时间不能确定粒子在磁场中运动所经历的时间D以上三个判断都不对以上三个判断都不对2004年春季理综年春季理综卷卷22、x yOPx0BD2006年江苏卷年江苏卷2、2质质子子(P)和和粒粒子子以以相相同同的的速速率率在在同同一一匀匀强强磁磁场场中中作作匀匀速速圆圆周周运运动动,轨轨道道半半径径分分别别为为RP和和R,周周期期分别为分别
5、为RP和和R。则下列选项中正确的是。则下列选项中正确的是()A,B,C,D,A2006年北京卷年北京卷20、20.如图所示,匀强磁场的方向垂直纸面向里,一带电如图所示,匀强磁场的方向垂直纸面向里,一带电微粒从磁场边界微粒从磁场边界d点垂直于磁场方向射入,沿曲线点垂直于磁场方向射入,沿曲线dpa打到屏打到屏MN上的上的a点,通过点,通过pa段用时为段用时为t,若该微粒经过若该微粒经过P点时,与一个静止的不带电微粒碰撞并结合为一个点时,与一个静止的不带电微粒碰撞并结合为一个新微粒,最终打到屏新微粒,最终打到屏MN上。两个微粒所受重力均忽上。两个微粒所受重力均忽略。新微粒运动的略。新微粒运动的()A
6、.轨迹为轨迹为pb,至屏幕的时间将小于至屏幕的时间将小于tB.轨迹为轨迹为pc,至屏幕的时间将大于至屏幕的时间将大于tC.轨迹为轨迹为pb,至屏幕的时间将等于至屏幕的时间将等于tD.轨迹为轨迹为pa,至屏幕的时间将大于至屏幕的时间将大于tPMNdcbavB解解:r=mvqBmv=(m+m)vvs/v=tD06年苏锡常镇四市一模年苏锡常镇四市一模1515.(14分分)J.J汤汤姆姆孙孙1897年年用用阴阴极极射射线线管管测测量量了了电电子子的的比比荷荷(电电子子的的电电荷荷量量与与质质量量之之比比),其其实实验验原原理理示示意意图图如如图图所所示示电电子子流流平平行行极极板板射射入入,极极板板P
7、、P间间同同时时存存在在匀匀强强电电场场E和和匀匀强强磁磁场场B时时,电电子子流流不不发发生生偏偏转转;极极板板间间只只存存在在匀匀强强磁磁场场B时时,电电子子流流穿穿出出磁磁场场时时的的偏偏向向角角=8/110rad已已知知极极板板长长度度L=5cm,电电场场强强度度E=15000V/m,磁感应强度,磁感应强度B=0.5510-3T.(l)求电子流初速度的大小;求电子流初速度的大小;(2)估算该实验中测得的电子比荷约为多大?估算该实验中测得的电子比荷约为多大?PPEBe15.解:无偏转时,有解:无偏转时,有eE=evB得:电子流初速度得:电子流初速度v=2.7107m/s只存在磁场时,只存在
8、磁场时,有有evB=mv2/r(或或r=mv/Be)OrreL由几何关系由几何关系sin=L/r联列并代入数据得联列并代入数据得e/m=vBL=71010C/kg05年南京质量检测二年南京质量检测二15、fdebcavM15.在研究性学习中,某同学设计了一个测定带电粒子在研究性学习中,某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验,其实验装置如图所示。比荷的实验,其实验装置如图所示。abcd是一个长方是一个长方形盒子,在形盒子,在ad边和边和cd边上各开有小孔边上各开有小孔f和和e,e是是cd边上边上的中点,荧光屏的中点,荧光屏M贴着贴着cd放置,能显示从放置,能显示从e孔射出的粒孔射出的粒子落点位置
9、。盒子内有一方向垂直于子落点位置。盒子内有一方向垂直于abcd平面的匀强平面的匀强磁场,磁感应强度大小为磁场,磁感应强度大小为B。粒子源不断地发射相同的。粒子源不断地发射相同的带电粒子,粒子的初速度可忽略。粒子经过电压为带电粒子,粒子的初速度可忽略。粒子经过电压为U的的电场加速后,从电场加速后,从f孔垂直于孔垂直于ad边射入盒内。粒子经磁场边射入盒内。粒子经磁场偏转后恰好从偏转后恰好从e孔射出。若已知孔射出。若已知fd=cd=L,不计粒子的重力和粒子之间的相互不计粒子的重力和粒子之间的相互作用力。请你根据上述条件求作用力。请你根据上述条件求出带出带电粒子的比荷电粒子的比荷q/m。解:解:带电粒
10、子进入电场,经电场加速。带电粒子进入电场,经电场加速。根据动能定理:根据动能定理:q Umv2/2粒子进入磁场后做匀速圆周运动,轨迹如图。粒子进入磁场后做匀速圆周运动,轨迹如图。fdeORRv设圆周半径为设圆周半径为R,在三角形,在三角形ode中中,有,有(LR)2+(L/2)2=R2R=5L/8又又q v Bmv2/R联立求解,得联立求解,得如图如图,在一水平放置的平板在一水平放置的平板MN上方有匀强磁场上方有匀强磁场,磁感磁感应强度的大小为应强度的大小为B,磁场方向垂直于纸面向里磁场方向垂直于纸面向里,许多质许多质量为量为m,带电量为带电量为+q的粒子的粒子,以相同的速率以相同的速率v沿位
11、于纸沿位于纸面内的各个方向面内的各个方向,由小孔由小孔O射入磁场区域射入磁场区域,不计重力不计重力,不计粒子间的相互影响不计粒子间的相互影响.下列图中阴影部分表示带电下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域粒子可能经过的区域,其中其中R=mv/qB.哪个图是正确哪个图是正确的的?()2005年理综全国卷年理综全国卷I20、MNBO2RR2RMNO2RR2RMNO2R2R2RMNOR2R2RMNOD.A.B.C.A解见下页解见下页2RR2RMNO带电量为带电量为+q的粒子的粒子,以相同的速率以相同的速率v沿位于纸面内沿位于纸面内的各个方向的各个方向,由小孔由小孔O射入磁场区域射入磁场区域,由由
12、R=mv/qB,各个各个粒子在磁场中运动的半径均相同粒子在磁场中运动的半径均相同,在磁场中运动的轨迹圆圆心是在以在磁场中运动的轨迹圆圆心是在以O为圆心、为圆心、以以R=mv/qB为半径的为半径的1/2圆弧上圆弧上,如图虚线示如图虚线示:各粒子的运动轨迹如图实线示各粒子的运动轨迹如图实线示:带电粒子可能经过的区域阴影部分如图斜线示带电粒子可能经过的区域阴影部分如图斜线示解解:2005年全国卷年全国卷23、23.(16分分)图中图中MN表示真空室中垂直于纸面的平板,表示真空室中垂直于纸面的平板,它的一侧有匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,磁感它的一侧有匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小为
13、应强度大小为B。一带电粒子从平板上的狭缝。一带电粒子从平板上的狭缝O处以处以垂直于平板的初速垂直于平板的初速v射入磁场区域,最后到达平板上的射入磁场区域,最后到达平板上的P点。已知点。已知B、v以及以及P到到O的距离的距离l不计重力不计重力,求此求此粒子的电荷粒子的电荷q与质量与质量m之比。之比。POMNBvl解:解:粒子初速粒子初速v垂直于磁场,粒子在磁场中受洛伦兹垂直于磁场,粒子在磁场中受洛伦兹力而做匀速圆周运动,设其半径为力而做匀速圆周运动,设其半径为R,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律,有有qvB=mv2/R因粒子经因粒子经O点时的速度垂直于点时的速度垂直于O
14、P故故OP是直径,是直径,l=2R由此得由此得q/m=2vBl(22分分)正电子发射计算机断层(正电子发射计算机断层(PET)是分)是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术,它为临床诊断和治疗子水平上的人体功能显像的国际领先技术,它为临床诊断和治疗提供全新的手段。提供全新的手段。(1)PET在心脏疾病诊疗中,需要使用放射正电子的同位素氮在心脏疾病诊疗中,需要使用放射正电子的同位素氮13示踪剂。氮示踪剂。氮13是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氧是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氧16获获得的,反应中同时还产生另一个粒子,试写出该核反应方程。得的,反应中同时还产生另一个粒子,试写出该核反应方
15、程。(2)PET所用回旋加速器示意如图,其中置于高真空中的金属所用回旋加速器示意如图,其中置于高真空中的金属D形盒的半径为形盒的半径为R,两盒间距为,两盒间距为d,在左侧,在左侧D形盒圆心处放有粒子源形盒圆心处放有粒子源S,匀强磁场的磁感应强度为,匀强磁场的磁感应强度为B,方向如图所示。质子质量为,方向如图所示。质子质量为m,电,电荷量为荷量为q。设质子从粒子源。设质子从粒子源S进入加速电场时的初速度不计,质子进入加速电场时的初速度不计,质子在加速器中运动的总时间为在加速器中运动的总时间为t(其中已略去了质子在加速电场中的(其中已略去了质子在加速电场中的运动时间),质子在电场中的加速次数于回旋
16、半周的次数相同,运动时间),质子在电场中的加速次数于回旋半周的次数相同,加速质子时的电压大小可视为不变。求此加速器加速质子时的电压大小可视为不变。求此加速器所需的高频电源频率所需的高频电源频率f 和加速电压和加速电压U。(3)试试推推证证当当R d 时,质子在电场中加速的时,质子在电场中加速的总时间相对于在总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计形盒中回旋的时间可忽略不计(质子在电场中运动时,不考虑磁场的影响)。(质子在电场中运动时,不考虑磁场的影响)。2005年天津卷年天津卷25、Sd高频电源高频电源导向板导向板B核反应方程为核反应方程为解:(解:(1)(2)设质子加速后最大速度为)设质子
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- 带电 粒子 磁场 中的 圆周运动
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