第1页高考一轮总复习•物理专题九带电粒子在组合场中的运动第九章磁场第2页高考一轮总复习•物理素养目标带电粒子在组合场中的运动问题的分析方法和力学问题的分析方法基本相同，带电粒子在组合场中的运动问题的解题思路就是利用力学两把“金钥匙”，即动力学观点和能量观点．(科学思维)第3页高考一轮总复习•物理考点质谱仪和回旋加速器调研Ⅰ.质谱仪的原理1．构造：质谱仪由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片构成.直观情境第4页高考一轮总复习•物理2.原理：粒子由静止被加速电场加速，qU＝12mv2，粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝mv2r，由以上两式可得r＝1B2mUq，m＝qr2B22U，qm＝2UB2r2.第5页高考一轮总复习•物理典例1现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定．质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场．若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍．此离子和质子的质量比约为()A．11B．12C．121D．144第6页高考一轮总复习•物理解析：设加速电压为U，质子做匀速圆周运动的半径为r，原来磁场的磁感应强度为B，质子质量为m，一价正离子质量为M.质子在入口处从静止开始加速，由动能定理得，eU＝12mv21，质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，ev1B＝mv21r；一价正离子在入口处从静止开始加速，由动能定理得，eU＝12Mv22，该正离子在磁感应强度为12B的匀强磁场中做匀速圆周运动，轨迹半径仍为r，洛伦兹力提供向心力，ev2·12B＝Mv22r；联立解得M∶m＝144∶1，选项D正确．故选D．解析第7页高考一轮总复习•物理变式1阿斯顿最早设计了质谱仪，并用它发现了氖20(20Ne)和氖22(22Ne)，证实了氖同位素的存在．一种质谱仪的结构可简化为如图所示，半圆柱形通道水平放置，其上下表面内半径均为R、外半径均为3R，该通道内存在方向竖直向上的匀强磁场，正对着通道出口处放置一张照相底片，记录粒子从出口射出时的位置．粒子源释放出的20Ne和22Ne，加速后垂直通过速度选择器的正交电磁场(磁感应强度大小为B0、电场强度大小为E0)，接着垂直于通道入口从中缝MN进入磁场区，其中20Ne恰能击中照相底片的正中间位置．已知20Ne质量为m1,22Ne质量为m2，带电荷量均为q(q>0)，不计粒子重力．第8页高考一轮总复习•物理(1)求粒子通过速度选择器的速度大小v；(2)求通道中匀强磁场的磁感应强度的大小B1；(3)调节速度选择器的电场强度大小，可改变粒子击中照相底片的位置，为了保证两种粒子都能击中照相底片，求电场强度可调节最大值Em的大小．第9页高考一轮总复习•物理解析：(1)在速度选择器中，粒子所受洛伦兹力与电场力相等，即qvB0＝qE0解得v＝E0B0.(2)依题意知20Ne的轨道半径为r1＝2R根据牛顿第二定律有qvB1＝m1v2r1解得B1＝m1E02qRB0.第10页高考一轮总复习•物理(3)根据(2)中方程可知，当20Ne和22Ne以相同速度进入磁场区时，质量较大的22Ne轨道半径较大，所以在保证两种粒子都能击中照相底片的情况下，当22Ne恰好能够击中照相底片时，其速度最大，速度选择器的电场强度最大同理可得vm＝EmB0，qvmB1＝m2v2mrm其中2rm＝5R，联立解得Em＝5m1E04m2.答案：(1)E0B0(2)m1E02qRB0(3)5m1E04m2第11页高考一轮总复习•物理调研Ⅱ.回旋加速器1．组成：如图所示，两个D形盒(静电屏蔽作用)，大型电磁铁，高频振荡交变电压，两缝间可形成电场.直观情境第12页高考一轮总复习•物理2.条件：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，使粒子每经过一次D形盒缝隙，粒子被加速一次．3．最大动能：由qvmB＝mv2mR、Ekm＝12mv2m得Ekm＝q2B2R22m，粒子获得的最大动能由磁感应强度B和盒半径R决定，与加速电压无关．4．总时间：粒子在磁场中运动一个周期，被电场加速两次，每次增加动能qU，加速次数n＝EkmqU，粒子在磁场中运动的总时间t＝n2T＝Ekm2qU·2πmqB＝πBR22U.(忽略粒子在狭缝中运动的时间)第13页高考一轮总复习•物理典例2(多选)如图所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，分别与高频交流电源连接，两个D形...