《备考指南一轮 物理 》课件-第9章 第3讲

磁场第九章第3讲带电粒子在复合场中的运动【备考指南】1.会分析速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器等磁场的实际应用问题.2.会分析带电粒子在组合场、叠加场中的运动问题．栏目导航01知识梳理回顾03核心素养提升02要点各个击破04配套训练知识梳理回顾11．复合场(1)叠加场：电场、________、重力场共存，或其中某两场共存．(2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠或在同一区域，电场、磁场________出现．一复合场磁场交替2．常见的运动情况(1)带电粒子在复合场中所受的合外力为零时，粒子将处于________状态或做____________运动．(2)当带电粒子所受的合外力时刻指向某个点充当向心力且合外力大小不变时，粒子将做____________运动(如电场力和重力相平衡，洛伦兹力提供向心力)．(3)当带电粒子所受的合外力大小、方向均不断发生变化时，则粒子将做非匀变速曲线运动．(4)带电粒子在绝缘杆或者绝缘斜面的束缚下的运动．静止匀速直线匀速圆周【对点小练】1．(2018年咸阳三模)如图所示，在MN、PQ间同时存在匀强磁场和匀强电场，磁场方向垂直纸面向外，电场在图中没有标出．一带电小球从a点射入场区，并在竖直面内沿直线运动至b点，则小球(

)A．一定带正电B．受到电场力的方向一定水平向右C．从a到b过程中克服电场力做功D．从a到b过程中可能做匀加速运动【答案】C【解析】如图所示，因重力的方向和磁场方向已确定，若小球带正电，则根据左手定则可知洛伦兹力的方向．要使小球做直线运动，则电场力与重力及洛伦兹力平衡．若带负电，三者仍能处于平衡，选项A、B错误．从图中可知，电场力总是做负功，故C正确．根据题意可知，小球做直线运动，由于洛伦兹力与速度的关系，可确定小球一定做匀速直线运动，选项D错误．1．质谱仪(1)构造：如图所示，由粒子源、___________、___________和照相底片等构成．二带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例加速电场偏转磁场2．回旋加速器(1)构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接________电源．D形盒处于匀强磁场中．交流相等特别提醒：这两个实例都应用了带电粒子在电场中加速，在磁场中偏转(匀速圆周运动)的原理．(电场加速磁场偏转)磁感应强度B

半径R

无关非磁性材料qE

4．霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体．当___________与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了_________．这种现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差．其原理如图所示．磁场方向电势差内能正极BLv

垂直速度Eq＝qvB

【对点小练】1．(2019年淄川区期末)如图所示的速度选择器中有正交的电场和磁场．有一粒子沿垂直于电场和磁场的方向飞入其中，并沿直线运动(不考虑重力作用)，则此粒子(

)A．一定带正电B．一定带负电C．可能带正电或负电，也可能不带电D．一定不带电【答案】C要点各个击破2要点1带电粒子在复合场中的运动1．带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动情况(1)磁场力、重力并存①若重力和洛伦兹力平衡，则带电粒子做匀速直线运动．②若重力和洛伦兹力不平衡，则带电粒子将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，故机械能守恒．(2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子)①若电场力和洛伦兹力平衡，则带电粒子做匀速直线运动．②若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电粒子将做复杂的曲线运动．因洛伦兹力不做功，可用动能定理求解问题．(3)电场力、磁场力、重力并存①若三力平衡，一定做匀速直线运动或静止．②若重力与电场力平衡，一定做匀速圆周运动．③若合力不为零且与速度方向不垂直，将做复杂的曲线运动．因洛伦兹力不做功，可用能量守恒定律或动能定理求解问题．2．带电粒子在复合场中有约束情况下的运动带电粒子在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下，常见的运动形式有直线运动和圆周运动．此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况，并注意洛伦兹力不做功的特点，运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果．例1

(2019年浙江模拟)为研究某种材料的荧光特性，兴趣小组的同学设计了如图所示装置．让质子经过MN两金属板之间的电场加速后进入有界匀强磁场．磁场的宽度L＝0.25m，磁感应强度大小B＝0.01T．以出射小孔O为原点，水平向右建立x轴，在0.4m≤x≤0.6m区域的荧光屏上涂有荧光材料，已知质子的质量m＝1.6×10－27kg，电荷量q＝1.6×10－19C，进入电场时的初速度可忽略．(1)要使质子能打在荧光屏上，加速电压的最小值是多少？(2)当质子打中荧光屏的动能超过288eV时，可使荧光材料发光．对于不同的加速电压，荧光屏上能够发光的区域长度是多少？【答案】(1)200V

(2)0.02m(1)小物体P1在水平轨道CD上运动的速度v的大小；(2)倾斜轨道GH的长度s.【答案】(1)4m/s

(2)0.56m【答案】见解析练2

(多选)(2020届辽宁名校模拟)如图所示，在正交的匀强电磁场中有质量、电荷量都相同的两油滴，A静止，B做半径为R的匀速圆周运动．若B与A相碰并结合在一起，则它们将(

)A．以B原速率做匀速圆周运动B．以B原速率的一半做匀速圆周运动C．做周期与B相同的匀速圆周运动D．做周期为B的一半的匀速圆周运动【答案】BC带电粒子在组合场中运动问题的思路和方法要点2质谱仪例3

如图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．下列表述不正确的是(

)【答案】D练3

(多选)日本福岛核电站的核泄漏事故使碘的同位素131被更多的人所了解．利用质谱仪可分析碘的各种同位素．如图所示，电荷量均为＋q的碘131和碘127质量分别为m1和m2，它们从容器A下方的小孔S1进入电压为U的加速电场(入场速度忽略不计)，经电场加速后从S2小孔射出，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片上．下列说法正确的是(

)【答案】BD要点3考查电磁流量计、磁流体发电机等新科技知识例4

(多选)(2019年杭州名校模拟)电磁流量计广泛应用于测量可导电液体(如污水)在管中的流量(在单位时间内通过管内横截面的流体的体积)．为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c，流量计的两端与输送流体的管道相连接(图中虚线)．图中流量计的上、下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料．现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面．当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻为R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值，已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得(

)

当导电流体稳定地流经流量计时，正负电荷受洛伦兹力发生偏转，在上下表面间形成电势差，最终稳定时，电荷所受电场力与洛伦兹力平衡．根据欧姆定律及电阻定律求出上下表面间的电势差，从而根据受力平衡求出速度以及流量的大小．【答案】AD【答案】B核心素养提升3现代科技中的组合场问题

近年来，高考试题中不断出现以现代科技为背景的题目．学生应强化对背景的分析，构建出正确的物理模型，现举例如下．例题离子推进器是太空飞行器常用的动力系统．某种推进器设计的简化原理如图甲所示，截面半径为R的圆柱腔分为两个工作区．Ⅰ为电离区，将氙气电离获得1价正离子；Ⅱ为加速区，长度为L，两端加有电压，形成轴向的匀强电场．Ⅰ区产生的正离子以接近0的初速度进入Ⅱ区，被加速后以速度vM从右侧喷出．(1)求Ⅱ区的加速电压及离子的加速度大小；(2)为取得好的电离效果，请判断Ⅰ区中的磁场方向(按图乙说明是“垂直纸面向里”或“垂直纸面向外”)；(3)