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              (江蘇專版)2019版高考物理一輪復習備考精煉: 第八章 磁場 微專題67 帶電粒子在交變電磁場中的運動備考精煉  人教版

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              文件簡介::
              67帶電粒子在交變電磁場中的運動
              [方法點撥] (1)先分析在一個周期內粒子的運動情況,明確運動性質,判斷周期性變化的電場或磁場對粒子運動的影響;(2)畫出粒子運動軌跡,分析軌跡在幾何關系方面的周期性.
              1.(2017·南通市第三次調研)當今醫學成像診斷設備PET/CT堪稱“現代醫學高科技之冠”,它在醫療診斷中,常利用能放射電子的同位素碳11作為示蹤原子,碳11是由小型回旋加速器輸出的高速質子轟擊氮14獲得的.加速質子的回旋加速器如圖1甲所示.D形盒裝在真空容器中,兩D形盒內勻強磁場的磁感應強度為B,兩D形盒間的交變電壓的大小為U.若在左側D1盒圓心處放有粒子源S不斷產生質子,質子質量為m,電荷量為q.假設質子從粒子源S進入加速電場時的初速度不計,不計質子所受重力,忽略相對論效應.

              圖1
              (1)第1次被加速后質子的速度大小v1是多大?
              (2)若質子在D形盒中做圓周運動的最大半徑為R,且D形盒間的狹縫很窄,質子在加速電場中的運動時間可忽略不計.那么,質子在回旋加速器中運動的總時間t總是多少?








              (3)要把質子從加速器中引出,可以采用靜電偏轉法.引出器原理如圖乙所示,一對圓弧形金屬板組成弧形引出通道,內、外側圓弧形金屬板分別為兩同心圓的一部分,圓心位于O′點.內側圓弧的半徑為r0,外側圓弧的半徑為r0+d.在內、外金屬板間加直流電壓,忽略邊緣效應,兩板間產生徑向電場,該電場可以等效為放置在O′處的點電荷Q在兩圓弧之間區域產生的電場,該區域內某點的電勢可表示為φ=k(r為該點到圓心O′點的距離).質子從M點進入圓弧形通道,質子在D形盒中運動的最大半徑R對應的圓周,與圓弧形通道正中央的圓弧相切于M點.若質子從圓弧通道外側邊緣的N點射出,則質子射出時的動能Ek是多少?要改變質子從圓弧通道中射出時的位置,可以采取哪些辦法?










              2.如圖2甲所示,豎直擋板MN左側空間有方向豎直向上的勻強電場和垂直紙面向里的水平勻強磁場,電場和磁場的范圍足夠大,電場強度E=40N/C,磁感應強度B隨時間t變化的關系圖象如圖乙所示,選定磁場垂直紙面向里為正方向.t=0時刻,一質量m=8×10-4kg、電荷量q=+2×10-4C的微粒在O點具有豎直向下的速度v=0.12m/s,O′是擋板MN上一點,直線OO′與擋板MN垂直,取g=10m/s2.求:

              圖2
              (1)微粒再次經過直線OO′時與O點的距離;
              (2)微粒在運動過程中離開直線OO′的最大高度;
              (3)水平移動擋板,使微粒能垂直射到擋板上,擋板與O點間的距離應滿足的條件.









              3.如圖3甲所示,兩平行金屬板A、B長L=8cm,兩極板間距d=6cm,A、B兩極板間的電勢差UAB=100V.一比荷為=1×106C/kg的帶正電粒子(不計重力)從O點沿電場中心線垂直電場線以初速度v0=2×104m/s飛入電場,粒子飛出平行板電場后經過界面MN、PS間的無電場區域,已知兩界面MN、PS間的距離為s=8cm.帶電粒子從PS分界線上的C點進入PS右側的區域,當粒子到達C點開始計時,PS右側區域有磁感應強度按圖乙變化的勻強磁場(垂直紙面向里為正方向).求:


              圖3
              (1)PS分界線上的C點與中心線OO′的距離y;
              (2)粒子進入磁場區域后第二次經過中心線OO′時與PS分界線的距離x.









              4.(2018·泰州中學模擬)如圖4甲所示,在平行邊界MN、PQ之間存在寬度為L的勻強電場,電場周期性變化的規律如圖乙所示,取豎直向下為電場正方向;在平行邊界MN、EF之間存在寬度為s、方向垂直紙面向里的勻強磁場區域Ⅱ,在PQ右側有寬度足夠大、方向垂直紙面向里的勻強磁場區域Ⅰ.在區域Ⅰ中距PQ為L的A點,有一質量為m、電荷量為q、重力不計的帶正電粒子以初速度v0沿豎直向上方向開始運動,以此作為計時起點,再經過一段...
                  

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              六月丁香