（浙江选考）2020版高考物理一轮复习 第8章 磁场 专题突破 带电粒子在复合场中的运动课件.ppt

1、专题突破带电粒子在复合场中的运动,带电粒子在复合场中运动的实例分析,命题角度1质谱仪的原理和分析,1.作用 测量带电粒子质量和分离同位素的仪器。 2.原理(如图1所示),图1,图2,答案D,命题角度2回旋加速器的原理和分析,4.回旋加速器的解题思路,(1)带电粒子在缝隙的电场中加速，交变电流的周期与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期相等，每经过电场一次，粒子加速一次。 (2)带电粒子在磁场中偏转、半径不断增大，周期不变，最大动能与D形盒的半径有关。,【例2】(2018常州模拟)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的

2、电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图3所示。设D形盒半径为R。若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f。则下列说法正确的是(),A.质子被加速后的最大速度不可能超过2fR B.质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关 C.高频电源只能使用矩形交变电流，不能使用正弦式交变电流 D.不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速粒子,图3,答案A,1.定义：高为h，宽为d的金属导体(自由电荷是电子)置于匀强磁场B中，当电流通过金属导体时，在金属导体的上表面A和下表面A之间产生电势差，这种现象称为霍尔效应，此电压称为霍尔电压。

3、 2.电势高低的判断：如图4，金属导体中的电流I向右时，根据左手定则可得，下表面A的电势高。,命题角度3霍尔效应的原理和分析,图4,【例3】(20184月浙江选考，22)压力波测量仪可将待测压力波转换成电压信号，其原理如图5所示。压力波p(t)进入弹性盒后，通过与铰链O相连的“”型轻杆L，驱动杆端头A处的微型霍尔片在磁场中沿x轴方向做微小振动，其位移x与压力p成正比(xp，0)。霍尔片的放大图如图6所示，它由长宽厚abd、单位体积内自由电子数为n的N型半导体制成。磁场方向垂直于x轴向上，磁感应强度大小为BB0(1|x|)，0。无压力波输入时，霍尔片静止在x0处，此时给霍尔片通以沿C1C2方向的

4、电流I，则在侧面上D1、D2两点间产生霍尔电压U0。,(1)指出D1、D2两点哪点电势高； (2)推导出U0与I、B0之间的关系式(提示：电流I与自由电子定向移动速率v之间关系为Inevbd，其中e为 电子电荷量)； (3)弹性盒中输出压力波p(t)，霍尔片中通以相同电流，测得霍尔电压UH随时间t变化图象如图7。忽略霍尔片在磁场中运动产生的电动势和阻尼，求压力波的振幅和频率。(结果用U0、U1、t0、及表示),图5 图6 图7,解析(1)N型半导体可以自由移动的是电子(当然题目也给出了自由电子)，根据左手定则可以知道电子往D2端移动，因此D1点电势高。 (2)根据霍尔元件内部电子受的洛伦兹力和

5、电场力平衡得 evB0eEH，U0EHb,(3)由任意时刻霍尔元件内部电子受到的洛伦兹力和电场力平衡得,命题角度4速度选择器、磁流体发电机,【例4】(201711月浙江选考)如图8所示，在两水平金属板构成的器件中，存在着匀强电场与匀强磁场，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。以某一水平速度进入的不计重力的带电粒子恰好能沿直线运动，下列说法正确的是(),图8,答案C,【例5】(201811月浙江选考)磁流体发电的原理如图9所示，将一束速度为v的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为B的匀强磁场中，在相距为d，宽为a、长为b的两平行金属板间便产生电压。如果把上、下板和电阻R连接，上、下板就是一个直流

6、电源的两极，若稳定时等离子体在两板间均匀分布，电阻率为，忽略边缘效应，下列判断正确的是(),图9,答案C,解决实际问题的一般过程,带电粒子在复合场中的运动,带电粒子在组合场中的运动，实际上是几个典型运动过程的组合(如：电场中的加速直线运动、类平抛运动；磁场中的匀速圆周运动)，因此解决此类问题要分段处理，解题关键如下： (1)找关键点：确定带电粒子在场区边界的速度(包括大小和方向)是解决该类问题的关键。 (2)画运动轨迹：根据受力情况和运动情况，大致画出粒子的运动轨迹图，有利于形象、直观地解决问题。,命题角度1带电粒子在组合场中的运动,图10,(1)当区域加电场、区域不加磁场时，求能在屏上探测到

7、质子束的外加电场的最大值Emax； (2)当区域不加电场、区域加磁场时，求能在屏上探测到质子束的外加磁场的最大值Bmax； (3)当区域加电场E小于(1)中的Emax，质子束进入区域和离开区域的位置等高，求区域中的磁场B与区域中的电场E之间的关系式。,解析(1)画出轨迹，如图所示：,(2)画出轨迹，如图所示,(3)画出轨迹，如图所示,“5步”突破带电粒子在组合场中的运动问题,1.磁场力、重力并存 (1)若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。 (2)若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体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) (1)若电场力和洛

8、伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。 (2)若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂的曲线运动，可用动能定理求解。,命题角度2带电粒子在叠加场中的运动,3.电场力、磁场力、重力并存,(1)若三力平衡，带电体做匀速直线运动。 (2)若重力与电场力平衡，带电体做匀速圆周运动。 (3)若合力不为零，带电体可能做复杂的曲线运动，可用能量守恒定律或动能定理求解。,【例7】平面OM和水平面ON之间的夹角为30，其横截面如图11所示，平面OM和水平面ON之间同时存在匀强磁场和匀强电场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外，匀强电场的方向竖直向上。一带电小球的质量为m、带电荷量为q，带电小球沿纸面以大小为v

9、0的速度从OM的某点沿左上方射入磁场，速度方向与OM成30角，带电小球进入磁场后恰好做匀速圆周运动，已知带电小球在磁场中的运动轨迹与ON恰好相切，且带电小球能从OM上另一点P射出磁场(P未画出)。,图11,(1)判断带电小球带何种电荷？所加电场强度E为多大？ (2)带电小球离开磁场的出射点P到两平面交点O的距离s 为多大？ (3)带电小球离开磁场后继续运动，能打在左侧竖直的光屏OO上，求打在光屏上的点到O点的距离。 解析(1)根据题意知，小球受到的电场力与重力平衡，小球所受的合力等于洛伦兹力，则带电小球带正电荷。,根据题意，带电小球在匀强磁场中的运动轨迹如图所示，Q点为运动轨迹与ON相切的点，I点为入射点，P点为出射点，则IP为运动轨迹所对的弦，带电小球离开磁场的速度方向与OM的夹角也为30，由几何关系可得，OP为圆轨道的直径，所以OP的长度,如图所示，T点到O点的距离,带电粒子在叠加场中运动的分析方法,图12 (1)若粒子只经磁场偏转并在yy0处被探测到，求发射源的位置和粒子的初动能； (2)若粒子两次