《 备考指南 物理 》课件-第9章 能力课

磁场第九章能力课带电粒子在复合场中的运动栏目导航01知识梳理查漏03配套训练02题点

各个击破知识梳理查漏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．复合场知识一磁场交替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并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【自测1】(2022年咸阳模拟)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应平衡．若带负电，三者仍能平衡，故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，故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．带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例知识二加速电场偏转磁场(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式qU＝________.粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式qvB＝________.由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷．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．交流相等磁感应强度B

半径R

无关小惑易解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)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5．磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把_______直接转化为电能．(2)根据左手定则，图中的B是发电机的________．内能正极BLv

6．速度选择器(1)构造：如图所示，平行板中电场强度E和磁感应强度B互相________，这种装置能把具有一定________的粒子选择出来，所以叫速度选择器．

垂直速度Eq＝qvB

【自测2】(2022年淄博名校模拟)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题点各个击破21．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．命题点一带电粒子在复合场中的运动[师生共研类](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．(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如图所示，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上(与纸面平行)，磁场方向垂直于纸面向里，三个带正电的微粒a、b、c电荷量相等，质量分别为ma、mb、mc，已知在该区域内，a在纸面内做匀速圆周运动，b在纸面内向右做匀速直线运动，c在纸面内向左做匀速直线运动．下列选项正确的是

(

)A．ma＞mb＞mc

B．mb＞ma＞mcC．mc＞ma＞mb

D．mc＞mb＞ma【答案】B【解析】设三个微粒的电荷量均为q，a在纸面内做匀速圆周运动，说明洛伦兹力提供向心力，重力与电场力平衡，则mag＝qE；

①b在纸面内向右做匀速直线运动，三力平衡，则mbg＝qE＋qvB；

②c在纸面内向左做匀速直线运动，三力平衡，则mcg＋qvB＝qE. ③比较①②③式得mb>ma>mc，B正确．1．(2022年开封模拟)如图所示，空间存在垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场和水平向左、场强为E的匀强电场．有一质量为m、电荷量大小为q的微粒垂直于磁场且以与水平方向成45°角的速度v做直线运动．重力加速度为g.则下列说法正确的是 (

)A．微粒可能做匀加速直线运动B．微粒可能只受两个力作用【答案】D2．(2020年全国卷Ⅱ)CT扫描是计算机X射线断层扫描技术的简称，CT扫描机可用于对多种病情的探测．图甲是某种CT机主要部分的剖面图，其中X射线发生部分的示意图如图乙所示．图乙中M、N之间有一电子束的加速电场，虚线框内有匀强偏转磁场．经调节后电子束从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进，打到靶上，产生X射线(如图中带箭头的虚线所示)．将电子束打到靶上的点记为P点．则 (

)A．M处的电势高于N处的电势B．增大M、N之间的加速电压可使P点左移C．偏转磁场的方向垂直于纸面向外D．增大偏转磁场磁感应强度的大小可使P点左移【答案】D带电粒子在组合场中运动问题的思路和方法命题点二质谱仪和回旋加速器[师生共研类]例2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】D1．(多选)日本福岛核电站的核泄漏事故使碘的同位素碘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】BD2．(多选)(2021年烟台模拟)如图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正负极连接，在两个D形金属盒间的狭缝中形成周期性变化的电场使粒子在通过狭缝时都能得到加速．两个D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中．下列说法正确的是

(

)A．加速电压越大，粒子最终射出时获得的动能就越大B．粒子射出时的最大动能与加速电压无关，与D形金属盒的半径和磁感应强度有关【答案】BC例3

(2021年河北卷)如图，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为B1.一束速度大小为v的等离子体垂直于磁场喷入板间，相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场(图中未画出)中，磁感应强度大小为B2，导轨平面与水平面夹角为θ，两导轨分别与P、Q相连，质量为m、电阻为R的金属棒ab

垂直导轨放置，恰好静止．重力加速度为g，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力．下列说法正确的是 (

)命题点三考查电磁流量计、磁流体发电机等新科技知识[师生共研类]【答案】B1．(2022年浙江名校期末)目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，它可以把气体的内能直接转化为电能，如图所示为它的发电原理图．将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的粒子，从整体上来说呈电中性)喷射入磁感应强度为B的匀强磁场，磁场中有两块面积为S、相距为d的平行金属板与外电阻R相连构成一电路．设气流的速度为v，气体的电导率(电阻率的倒数)为g.则流过外电阻R的电流强度I及电流方向为

(

)【答案】B2．(多选)(2021年启东月考)某省启动“263”专项行动打响碧水蓝天保卫战．暗访组在某化工厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，测量管由绝缘材料制成，其长为L、直径为D，左右两端开口，匀强磁场方向