2023屆二輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題3 第3講　帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 課件（75張）（山東專(zhuān)用）

第三講帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題三2023內(nèi)容索引0102核心考點(diǎn)聚焦微專(zhuān)題?熱考命題突破【知識(shí)網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)】

核心考點(diǎn)聚焦考點(diǎn)一帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)核心歸納命題角度1

帶電粒子的“電加速—磁偏轉(zhuǎn)”運(yùn)動(dòng)(1)先電場(chǎng)后磁場(chǎng)①如圖甲所示,帶電粒子先在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中加速,后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)。②如圖乙所示,帶電粒子先在勻強(qiáng)電場(chǎng)中加速,后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)。(2)先磁場(chǎng)后電場(chǎng)如圖丙、丁所示,帶電粒子先在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn),后在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。命題角度2

帶電粒子的“電偏轉(zhuǎn)—磁偏轉(zhuǎn)”運(yùn)動(dòng)(1)先電場(chǎng)后磁場(chǎng):帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中均偏轉(zhuǎn)(如圖甲、乙所示)。(2)先磁場(chǎng)后電場(chǎng):帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中均偏轉(zhuǎn)(如圖丙所示)。深化拓展1.“五步法”突破帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題

在空間先后出現(xiàn)不同場(chǎng)的作用明性質(zhì)要清楚場(chǎng)的性質(zhì)、強(qiáng)弱、方向、范圍等定運(yùn)動(dòng)帶電粒子在通過(guò)不同的場(chǎng)區(qū)時(shí),由受力情況確定粒子在不同區(qū)域的運(yùn)動(dòng)情況畫(huà)軌跡正確畫(huà)出粒子在場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖用規(guī)律根據(jù)區(qū)域和規(guī)律的不同,將粒子的運(yùn)動(dòng)分為幾個(gè)階段,對(duì)不同階段選擇合適的規(guī)律處理找關(guān)系要明確帶電粒子在通過(guò)不同場(chǎng)區(qū)的交界處時(shí)速度大小和方向上的關(guān)系:前一個(gè)區(qū)域的末速度往往是后一個(gè)區(qū)域的初速度2.帶電粒子的常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)類(lèi)型及求解方法

典例剖析例1(命題角度2)(2022山東卷)中國(guó)“人造太陽(yáng)”在核聚變實(shí)驗(yàn)方面取得新突破,該裝置中用電磁場(chǎng)約束和加速高能離子,其部分電磁場(chǎng)簡(jiǎn)化模型如圖所示。在三維坐標(biāo)系Oxyz中,0<z≤d空間內(nèi)充滿勻強(qiáng)磁場(chǎng)Ⅰ,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向沿x軸正方向;-3d≤z<0,y≥0的空間內(nèi)充滿勻強(qiáng)磁場(chǎng)Ⅱ,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為

B,方向平行于xOy平面,與x軸正方向夾角為45°;z<0,y≤0的空間內(nèi)充滿沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)。質(zhì)量為m、電荷量為+q的離子甲,從yOz平面第三象限內(nèi)距y軸為l的點(diǎn)A以一定速度出射,速度方向與z軸正方向夾角為β,在yOz平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后,經(jīng)坐標(biāo)原點(diǎn)O沿z軸正方向進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ。不計(jì)離子重力。(1)當(dāng)離子甲從A點(diǎn)出射速度為v0時(shí),求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小E。(2)若使離子甲進(jìn)入磁場(chǎng)后始終在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),求進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的最大速度vm。離子乙,也從O點(diǎn)沿z軸正方向以相同的動(dòng)能同時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ,求兩離子進(jìn)入磁場(chǎng)后,到達(dá)它們運(yùn)動(dòng)軌跡第一個(gè)交點(diǎn)的時(shí)間差Δt(忽略離子間相互作用)。解析

(1)如圖所示,當(dāng)離子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成與分解得v0cos

β·t=l根據(jù)幾何關(guān)系可知離子從坐標(biāo)原點(diǎn)垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)Ⅰ,從y軸上2R1位置垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)Ⅱ,之后在x軸上2R1位置再次進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)Ⅰ。則(3)粒子甲在磁場(chǎng)Ⅰ、Ⅱ運(yùn)動(dòng)的半徑分別為

由(2)的分析,如圖所示,根據(jù)幾何關(guān)系得離子第四次穿過(guò)xOy平面的x坐標(biāo)為x=2R1=dy坐標(biāo)為y=2R1=d即第四次穿過(guò)xOy平面的位置坐標(biāo)為(d,d,0)。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1.(命題角度2)(多選)(2022福建預(yù)測(cè)卷)如圖所示,第Ⅰ象限存在垂直于平面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),第Ⅲ象限存在沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),已知P點(diǎn)坐標(biāo)為

。一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子以3v0的速度從P點(diǎn)沿x軸正方向射出,恰好從坐標(biāo)原點(diǎn)O進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,不計(jì)粒子的重力,sin37°=0.6,cos37°=0.8,以下說(shuō)法正確的是(

)CD2.(命題角度1)(2022廣東江門(mén)一模)某種離子診斷測(cè)量裝置示意圖如圖所示,豎直平面內(nèi)存在邊界為正方形EFGH、方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),探測(cè)板CD平行于HG水平放置,只能沿豎直方向移動(dòng)。a、b兩束寬度不計(jì)帶正電的離子從電場(chǎng)左側(cè)由靜止釋放,經(jīng)電壓為U0的勻強(qiáng)電場(chǎng)加速后持續(xù)從邊界EH水平射入磁場(chǎng),a束離子從EH的中點(diǎn)射入,經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后垂直于HG向下射出,并打在探測(cè)板的右端點(diǎn)D點(diǎn)。正方形邊界的邊長(zhǎng)為2R,兩束離子間的距離為0.6R,離子的質(zhì)量均為m、電荷量均為q,不計(jì)重力及離子間的相互作用,U0已知。(1)求磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小以及a束離子在磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t;(2)要使兩束離子均能打到探測(cè)板上,求探測(cè)板CD到HG的最大距離。(2)設(shè)b束離子從邊界HG上的P點(diǎn)射出磁場(chǎng),運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示a、b為兩束寬度不計(jì)帶正電的離子,且離子的質(zhì)量均為m、電荷量均為q,則b束離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑r'=R考點(diǎn)二帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)核心歸納命題角度1

洛倫茲力與重力共存命題角度2

靜電力與洛倫茲力共存

命題角度3

靜電力、重力與洛倫茲力共存

深化拓展帶電粒子在疊加場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的解題思路

典例剖析例2(命題角度2)(2022山東菏澤一模)在空間中存在水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,電場(chǎng)強(qiáng)度為E,x軸水平向右。在O點(diǎn),一個(gè)α粒子(復(fù)原子核)沿與x軸夾角為60°的方向以速度v0射入電磁場(chǎng),已知質(zhì)子質(zhì)量為m、電荷量為q,不計(jì)α粒子的重力。求:(1)α粒子離x軸的最遠(yuǎn)距離;(2)α粒子從O點(diǎn)射出后,第3次與x軸相交時(shí)的動(dòng)能。解析

(1)由題意可知α粒子的質(zhì)量為mα=4m,電荷量為qα=2q,將α粒子的初速度分解成沿x軸方向的分速度vx與垂直x軸方向的分速度vy,則有由于vx方向與磁場(chǎng)方向平行,不產(chǎn)生洛倫茲力,電場(chǎng)方向沿著x軸方向,只影響vx,不影響vy,故α粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)可分解為:垂直于x軸的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),以及沿x軸方向的勻加速直線運(yùn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3.(命題角度2)(2022全國(guó)甲卷)空間存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng),磁場(chǎng)的方向垂直于紙面(xOy平面)向里,電場(chǎng)的方向沿y軸正方向。一帶正電的粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用下,從坐標(biāo)原點(diǎn)O由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。下列四幅圖中,可能正確描述該粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的是(

)B解析

因?yàn)樵趚Oy平面內(nèi)電場(chǎng)的方向沿y軸正方向,所以在坐標(biāo)原點(diǎn)O靜止的帶正電粒子在靜電力作用下會(huì)向y軸正方向運(yùn)動(dòng);磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,根據(jù)左手定則,可判斷出向y軸正方向運(yùn)動(dòng)的粒子同時(shí)受到沿x軸負(fù)方向的洛倫茲力,故帶電粒子向x軸負(fù)方向偏轉(zhuǎn),可知A、C錯(cuò)誤。粒子運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,靜電力對(duì)帶電粒子做功,粒子速度大小發(fā)生變化,粒子所受的洛倫茲力方向始終與速度方向垂直;由于勻強(qiáng)電場(chǎng)方向是沿y軸正方向,故x軸為勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)面,從開(kāi)始到帶電粒子再次運(yùn)動(dòng)到x軸時(shí),靜電力做功為0,洛倫茲力不做功,故帶電粒子再次回到x軸時(shí)的速度為0,隨后受靜電力作用再次進(jìn)入第二象限重復(fù)向左偏轉(zhuǎn),故B正確,D錯(cuò)誤。4.(命題角度1)(多選)(2022山東濟(jì)寧調(diào)研)如圖所示,一個(gè)絕緣且內(nèi)壁光滑的環(huán)形細(xì)圓管,固定于豎直平面內(nèi),環(huán)的半徑為R(比細(xì)管的內(nèi)徑大得多),在圓管的最低點(diǎn)有一個(gè)直徑略小于細(xì)管內(nèi)徑的帶正電小球處于靜止?fàn)顟B(tài),小球的質(zhì)量為m,電荷量為q,重力加速度為g。空間存在一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小未知(不為零),方向垂直于環(huán)形細(xì)圓管所在平面且向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。某時(shí)刻,給小球一方向水平向右、大小為v0=

的初速度,則以下判斷正確的是(

)A.無(wú)論磁感應(yīng)強(qiáng)度大小如何,獲得初速度后的瞬間,小球在最低點(diǎn)一定受到管壁的彈力作用B.無(wú)論磁感應(yīng)強(qiáng)度大小如何,小球一定能到達(dá)環(huán)形細(xì)圓管的最高點(diǎn),且小球在最高點(diǎn)一定受到管壁的彈力作用C.無(wú)論磁感應(yīng)強(qiáng)度大小如何,小球一定能到達(dá)環(huán)形細(xì)圓管的最高點(diǎn),且小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)的速度大小都相同D.小球在從環(huán)形細(xì)圓管的最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到所能到達(dá)的最高點(diǎn)的過(guò)程中,水平方向分速度的大小一直減小BC解析

小球在軌道最低點(diǎn)時(shí)受到的洛倫茲力方向豎直向上,若洛倫茲力和重力的合力恰好提供小球所需要的向心力時(shí),則在最低點(diǎn)小球不會(huì)受到管壁彈力的作用,A錯(cuò)誤;小球運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,洛倫茲力不做功,小球的機(jī)械能守恒,運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)時(shí)小球的速度v=,由于是雙層軌道約束,小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程不會(huì)脫離軌道,所以小球一定能到達(dá)軌道最高點(diǎn),C正確;在最高點(diǎn)時(shí),小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力F=m=mg,小球受到豎直向下洛倫茲力的同時(shí)必然受到與洛倫茲力等大反向的軌道對(duì)小球的彈力,B正確;小球在從最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的過(guò)程中,小球在下半圓內(nèi)上升的過(guò)程中,水平分速度向右且不斷減小,到達(dá)圓心的等高點(diǎn)時(shí),水平速度為零,而運(yùn)動(dòng)至上半圓后水平分速度向左且不為零,所以水平分速度一定有增大的過(guò)程,D錯(cuò)誤。5.(命題角度3)如圖所示,在豎直平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系xOy,其第一象限存在著正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度的方向水平向右,磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里。一電荷量為+q、質(zhì)量為m的粒子從原點(diǎn)O出發(fā)沿與x軸正方向的夾角為45°的方向以一定的初速度進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)中,恰好做直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)到A(l,l)時(shí),電場(chǎng)方向突然變?yōu)樨Q直向上(不計(jì)電場(chǎng)變化的時(shí)間),粒子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后,正好垂直于y軸穿出復(fù)合場(chǎng)。不計(jì)一切阻力,重力加速度為g,求:(1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;(2)粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。解析

(1)根據(jù)題意可知,粒子進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)之后做勻速直線運(yùn)動(dòng),受重力、靜電力和洛倫茲力,受力分析如圖甲所示根據(jù)平衡條件有qE=qvBcos

45°,mg=qvBsin

45°甲當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)到A(l,l)時(shí),電場(chǎng)方向突然變?yōu)樨Q直向上,此時(shí)粒子受到的靜電力和重力等大反向,則粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)題意可知,運(yùn)動(dòng)軌跡如圖乙所示乙考點(diǎn)三電粒子在交變電、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)核心歸納命題角度1

只有電場(chǎng)或磁場(chǎng)周期性變化

按時(shí)間先后出現(xiàn)不同場(chǎng)的作用(1)先分析在一個(gè)周期內(nèi)粒子的運(yùn)動(dòng)情況,明確運(yùn)動(dòng)性質(zhì),判斷周期性變化的電場(chǎng)或磁場(chǎng)對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)的影響;(2)畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡,分析軌跡在幾何關(guān)系方面的周期性。命題角度2

電場(chǎng)和磁場(chǎng)都周期性變化變化的電場(chǎng)或磁場(chǎng)如果具有周期性,粒子的運(yùn)動(dòng)也往往具有周期性。這種情況下要仔細(xì)分析帶電粒子的受力情況和運(yùn)動(dòng)過(guò)程,弄清楚帶電粒子在變化的電場(chǎng)、磁場(chǎng)中各處于什么狀態(tài),做什么運(yùn)動(dòng),畫(huà)出一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。深化拓展帶電粒子在交變電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的解題思路

典例剖析例3(命題角度2)(2022山東濰坊二模)如圖甲所示,在坐標(biāo)系xOy區(qū)域內(nèi)存在按圖乙所示規(guī)律變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng),以垂直紙面向外為磁場(chǎng)的正方向,磁感對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練6.(命題角度1)(多選)(2022山東菏澤一模)如圖甲所示,在半徑為R的虛線區(qū)域內(nèi)存在周期性變化的磁場(chǎng),其變化規(guī)律如圖乙所示。薄擋板兩端點(diǎn)M、N恰在圓周上,且劣弧MN所對(duì)的圓心角為120°。在t=0時(shí),一質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電粒子,以初速度v從A點(diǎn)沿直徑AOB射入場(chǎng)區(qū),運(yùn)動(dòng)到圓心O后,做一次半徑為

的完整的圓周運(yùn)動(dòng),再沿直線運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),在B點(diǎn)與擋板碰撞后原速率返回,之后與薄擋板碰撞也能原速率返回,碰撞時(shí)間不計(jì),電荷量不變,運(yùn)動(dòng)軌跡如圖甲所示,最終粒子能回到A點(diǎn)。粒子的重力不計(jì),不考慮變化的磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電場(chǎng),下列說(shuō)法正確的是(

)A.磁場(chǎng)方向垂直紙面向外D.若t=0時(shí),質(zhì)量為m、電荷量為-q的帶電粒子,以初速度v從A點(diǎn)沿AO入射,偏轉(zhuǎn)、碰撞后,仍可返回A點(diǎn)BC解析

根據(jù)軌跡可知,帶正電的粒子從O點(diǎn)向上偏轉(zhuǎn)做圓周運(yùn)動(dòng),由左手定則可知,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),若t=0時(shí),質(zhì)量為m、電荷量為-q的帶電粒子,以初速度v從A點(diǎn)沿AO入射,到達(dá)O點(diǎn)后向下,與薄擋板碰撞后,到達(dá)B板,與B碰撞后向上偏轉(zhuǎn)后從磁場(chǎng)中飛出,則不能返回A點(diǎn),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7.(命題角度1)(2022安徽合肥二模)如圖甲所示,豎直擋板MN左側(cè)空間有方向豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)和磁場(chǎng)的范圍足夠大,電場(chǎng)強(qiáng)度E=40N/C,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖像如圖乙所示,選定磁場(chǎng)垂直紙面向里為正方向。t=0時(shí)刻,一帶正電的微粒,質(zhì)量m=8×10-4kg、電荷量q=2×10-4C,在O點(diǎn)具有方向豎直向下、大小為0.12m/s的速度v,O'是擋板MN上一點(diǎn),直線OO'與擋板MN垂直,g取10m/s2。(1)求微粒再次經(jīng)過(guò)直線OO'時(shí)與O點(diǎn)的距離;(2)求微粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中離開(kāi)直線OO'的最大距離;(3)水平移動(dòng)擋板,使微粒能垂直射到擋板上,求擋板與O點(diǎn)間的水平距離應(yīng)滿足的條件。答案

(1)1.2m

(2)2.48m

(3)見(jiàn)解析解析

(1)根據(jù)題意可知,微粒所受的重力G=mg=8×10-3

N微粒所受靜電力大小F=qE=8×10-3

N因此重力與靜電力平衡,微粒在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則則微粒在5π

s內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)半個(gè)圓周,再次經(jīng)直線OO'時(shí)與O點(diǎn)的距離L=2R=1.2

m。(2)微粒運(yùn)動(dòng)半周后向上勻速運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t=5π

s,軌跡如圖所示位移大小x=vt=1.88

m因此,微粒離開(kāi)直線OO'的最大距離H=x+R=2.48

m。(3)若微粒能垂直射到擋板上的某點(diǎn)P,P點(diǎn)在直線OO'下方時(shí),由圖可知,擋板MN與O點(diǎn)間的距離應(yīng)滿足L1=(2.4n+0.6)

m(n=0,1,2,…)P點(diǎn)在直線OO'上方時(shí),由圖可知,擋板MN與O點(diǎn)間的距離應(yīng)滿足L2=(2.4n+1.8)

m(n=0,1,2,…)[若兩式合寫(xiě)成L=(1.2n+0.6)

m(n=0,1,2,…)也可]。微專(zhuān)題?熱考命題突破命題篇新教材、新高考、新情境現(xiàn)代科技中的電、磁場(chǎng)問(wèn)題情境解讀“現(xiàn)代科技中的電、磁場(chǎng)問(wèn)題”的知識(shí)主要包括:回旋加速器、質(zhì)譜儀、速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)和霍爾元件等。解決此類(lèi)問(wèn)題的基本思路如下:考向分析高考常以現(xiàn)代科技中的電、磁場(chǎng)問(wèn)題為背景進(jìn)行命題,試題常以選擇題或計(jì)算題形式出現(xiàn),難度中等。通過(guò)建構(gòu)組合場(chǎng)、疊加場(chǎng)模型,運(yùn)用電場(chǎng)、磁場(chǎng)及力學(xué)規(guī)律來(lái)分析問(wèn)題,可以很好地考查考生的關(guān)鍵能力,還能強(qiáng)化運(yùn)動(dòng)觀念和相互作用觀念,考查物理觀念和科學(xué)思維等學(xué)科素養(yǎng)。案例探究例題(2022山東濟(jì)寧期末)在芯片制造過(guò)程中,離子注入是其中一道重要的工序。如圖所示是離子注入工作原理示意圖,離子經(jīng)加速后沿水平方向進(jìn)入速度選擇器,然后通過(guò)磁分析器,選擇出特定比荷的離子,經(jīng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后注入處在水平面內(nèi)的晶圓(硅片)。速度選擇器和磁分析器中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,方向均垂直紙面向外;速度選擇器和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小均為E,方向分別為豎直向上和垂直紙面向外。磁分析器截面是內(nèi)外半徑分別為R1和R2的四分之一圓環(huán),其兩端中心位置M和N處各有一個(gè)小孔;偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中電場(chǎng)的分布區(qū)域是一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方體,其底面與晶圓所在水平面平行,間距為2L。當(dāng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)不加電場(chǎng)時(shí),離子恰好豎直注入到晶圓上的O點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)置于真空中,不計(jì)離子重力。求:(1)離子通過(guò)速度選擇器的速度大小v和磁分析器選擇出來(lái)離子的比荷;(2)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)加電場(chǎng)時(shí)離子注入晶圓的位置到O點(diǎn)的距離。角度拓展

如圖所示,甲是回旋加速器,乙是磁流體發(fā)電機(jī),丙是速度選擇器,丁是霍爾元件,下列說(shuō)法正確的是(

)A.甲圖要增大粒子的最大動(dòng)能,可增加電壓UB.乙圖可判斷出A極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極C.丙圖可以判斷出帶電粒子的電性,重力不計(jì)的粒子能夠沿直線勻速通過(guò)速度選擇器的條件是v=D.丁圖中若載流子帶負(fù)電,穩(wěn)定時(shí)C板電勢(shì)高B子向下偏轉(zhuǎn),所以下極板帶正電,A板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極,B板是發(fā)電機(jī)的正極,故B正確;電場(chǎng)的方向與B的方向垂直,帶電粒子進(jìn)入復(fù)合場(chǎng),受靜電力和洛倫茲力,且二力是平衡力,即qE=qvB,所以v=,不管粒子帶正電還是帶負(fù)電都可以勻速直線通過(guò),所以無(wú)法判斷粒子的電性,故C錯(cuò)誤;若載流子帶負(fù)電,載流子的運(yùn)動(dòng)方向與電流方向相反,由左手定則可知,負(fù)粒子向C板偏轉(zhuǎn),所以穩(wěn)定時(shí)C板電勢(shì)低,故D錯(cuò)誤。解題篇大題突破(三)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)典例示范(14分)某型號(hào)質(zhì)譜儀的工作原理如圖甲所示。M、N為豎直放置的兩金屬板,兩板間電壓為U,Q板為記錄板,分界面P將N、Q間區(qū)域分為寬度均為d的Ⅰ、Ⅱ兩部分,M、N、P、Q所在平面相互平行,a、b為M、N上兩正對(duì)的小孔。以a、b所在直線為z軸,向右為正方向,取z軸與Q板的交點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn),以平行于Q板水平向里為x軸正方向,豎直向上為y軸正方向,建立空間直角坐標(biāo)系Oxyz。區(qū)域Ⅰ、Ⅱ內(nèi)分別充滿沿x軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小、電場(chǎng)強(qiáng)度大小分別為B和E。一質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子,從a孔飄入電場(chǎng)(初速度視為零),經(jīng)b孔進(jìn)入磁場(chǎng),過(guò)P面上的c點(diǎn)(圖中未畫(huà)出)進(jìn)入電場(chǎng),最終打到記錄板Q上。不計(jì)粒子重力。(1)求粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R以及c點(diǎn)到z軸的距離l。(2)求粒子打到記錄板上位置的x坐標(biāo)