带电粒子在电磁场中运动的科技应用
11-01 12:05:13 | 浏览次数: 53618 次 | 栏目:高考物理复习方法
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带电粒子在电磁场中运动的科技应用,
,

设偏转角度为
θ1,则

由几何关系得电子的总偏移量

解得

m
即
OA=3cm
(2)电子在竖直方向总偏转量不变,仍为
Y,但在水平方向有偏转量,设总偏移为
X,
同理有

m
故

cm
点评:带电粒子在电场中的运动,综合了静电场和力学的知识,分析方法和力学的分析方法基本相同。先分析受力情况再分析运动状态和运动过程(平衡、加速、减速,直线或曲线),然后选用恰当的规律解题。解决这类问题的基本方法有两种,第一种利用力和运动的观点,选用牛顿第二定律和运动学公式求解;第二种利用能量转化的观点,选用动能定理和功能关系求解。
3.质谱仪
带电粒子在电场中加速和在磁场中偏转的科技应用主要是质谱仪,质谱仪有单聚焦质谱仪、双聚焦质谱仪、飞行时间质谱仪、串列加速质谱仪等多种,且质谱仪模型的变式较多,又能较好的考查考生的分析单一物体多过程问题的能力,为此深受命题者青睐,纵观近几年全国各地的高考试题,每年都以计算题的形式考查质谱仪模型及其变式,突显了物理与社会、科技、生活的联系,体现了新课程改革的精髓。如山东高考题,2007年第25题是飞行时间质谱仪,2009年第25题是质谱仪的变式,把匀强磁场变为交变电场;2010年有6个省份考查了质谱仪的不同变式。
例4.(09·广东)如图6是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后,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和
E。平板S上有可让粒子通过的狭缝
P和记录粒子位置的胶片
A1A2。平板
S下方有强度为
B0的匀强磁场。下列表述正确的是

A.质谱仪是分析同位素的重要工具
B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
C.能通过的狭缝
P的带电粒子的速率等于

D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝
P,粒子的荷质比越小
答案:ABC
解析:由粒子在电场中加速,可见粒子所受电场力向下,即粒子带正电,在速度选择器中,电场力水平向右,洛伦兹力水平向左,由左手定则判定,速度选择器中磁场方向垂直纸面向外,选项B正确;经过速度选择器时满足

,可知能通过的狭缝
P的带电粒子的速率等于

,带电粒子进入磁场做匀速圆周运动则有

,可见当
v相同时,

,所以可以用来区分同位素,且
R越大,比荷就越大,选项D错误。
点评:此题考查了质谱仪的结构、原理和用途。难度较小,此类试题常常以选择题的形式呈现,考查考生的理解能力和推理能力。
例5.如图7所示,板间距为
![]()
、板长为
![]()
的两块平行金属板
EF、
GH水平放置,在紧靠平行板右侧的正三角形区域内存在着垂直纸面的匀强磁场,三角形底边
BC与
GH在同一水平线上,顶点
A与
EF在同一水平线上。一个质量为
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、电量为
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的粒子沿两板中心线以初速度
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