《2020高考物理新课标专用版冲刺大二轮课件：专题三 电场与磁场 第7课时》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020高考物理新课标专用版冲刺大二轮课件：专题三 电场与磁场 第7课时（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7课时 带电粒子在复合场中的运动 专题三 电场与磁场 栏目 索引 考点1 带电粒子在复合场中运动的应用实例 考点2 带电粒子在叠加场中的运动 考点3 带电粒子在组合场中的运动 1 质谱仪 如图1 考点1 带电粒子在复合场中运动的应用实例 图1 交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等 粒子经电场加速 经磁场回旋 由 图2 决定 与加速电压无关 D形盒半径r 2 回旋加速器 如图2 装置原理图规律 速度选择器 若qv0B Eq 即v0 粒子做匀速直线运动 磁流体 发电机 等离子体射入 受洛伦兹力偏转 使两极板 带正 负电 两极板电压为U时稳定 qv0B U v0Bd 3 速度选择器 磁流体发电机
2、 电磁流量计和霍尔元件一般以单个带电粒子为研究 对象 在洛伦兹力和电场力平衡时做匀速直线运动达到稳定状态 从而求出相应 的物理量 电磁流量计 霍尔元件 当磁场方向与电流方向垂直时 导体在与磁 场 电流方向都垂直的方向上出现电势差 加速后 从AB的中点垂直进入磁场 离子打在边界上时会被吸收 当加速电压为U时 离子恰能打在荧光屏的中点 不计离子的重力及电 磁场的边缘效应 求 1 离子的比荷 例1 2019 山东济南市上学期期末 质谱仪可利用电场和磁场将 比荷不同的离子分开 这种方法在化学分析和原子核技术等领 域有重要的应用 如图3所示 虚线上方有两条半径分别为R和 r R r 的半圆形边界 分别与
3、虚线相交于A B C D点 圆心 均为虚线上的O点 C D间有一荧光屏 虚线上方区域处在垂直 纸面向外的匀强磁场中 磁感应强度大小为B 虚线下方有一电压 可调的加速电场 离子源发出的某一正离子由静止开始经电场 图3 解析 由题意知 加速电压为U时 2 离子在磁场中运动的时间 3 离子能打在荧光屏上的加速电压范围 解析 由 1 中关系 知加速电压和离子半径之间的关系为 1 2019 福建三明市期末质量检测 磁流体发电机的原理如图4所示 将一束等离子体连续以速 度v垂直于磁场方向喷入磁感应强度大小为B的匀强磁场中 可在相距为d 面积为S的两平行 金属板间产生电压 现把上 下板和电阻R连接 上 下板
4、等效为直流电源的两极 等离子体稳 定时在两极板间均匀分布 电阻率为 忽略边缘效应及离子的重力 下列判断正确的是 A 上板为正极 a b两端电压U Bdv 图4 变式训练 解析 根据左手定则可知 等离子体射入两极板之间时 正离子偏向a板 负离子 偏向b板 即上板为正极 2 多选 2019 浙江宁波市 十校联考 霍尔式位移传感器的测量原理如图5所示 有一个沿z轴方向的磁场 磁感应强度B B0 kz B0 k均为常数 将传感器固定在 物体上 保持通过霍尔元件的电流I不变 方向如图所示 当物体沿z轴方向移动时 由于位置不同 霍尔元件在y轴方向上 下表面的电势差U也不同 则 图5 B 磁感应强度B越大
5、上 下表面的电势差U越小 D 若图中霍尔元件是电子导电 则下表面电势高 解析 最终自由电荷在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡状态 B越大 上 下表面的电势差U越大 B错误 若该霍尔元件中移动的是自由电子 根据左手定则 电子向下表面偏转 所以上表 面电势高 故D错误 1 解题规范 1 分析叠加场的组成特点 重力场 电场 磁场两两叠加 或者三者叠加 2 受力分析 正确分析带电粒子的受力情况 场力 弹力和摩擦力 3 运动分析 匀速直线运动 匀速圆周运动 匀变速直线运动 类平抛运动 非 匀变速曲线运动 4 选规律 列方程 应用运动学公式 牛顿运动定律或功能关系 考点2 带电粒子在叠加场中的运动 2 灵
6、活选择运动规律 1 若只有两个场且合力为零 则表现为匀速直线运动或 状态 例如电场与磁场 中满足qE qvB 重力场与磁场中满足 重力场与电场中满足 2 三场共存时 若合力为零 则粒子做匀速直线运动 若粒子做匀速圆周运动 则有mg 粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动 即qvB 3 当带电粒子做复杂的曲线运动或有约束的变速直线运动时 一般用动能定理或 定律求解 静止 mg qvBmg qE qE 能量守恒 例2 2019 安徽蚌埠市三模 如图6所示 MN PQ是水平放置的一对平行金属板 两板接在电压为U的电源两极上 上极板MN的中心开有一个小孔 在两板之间 加一个水平方向的有界匀强磁场 边界为半
7、径为R的圆 且与MN极板相切于小孔 处 现将一带电小球从小孔正上方某处由静止释放 小球穿过小孔经磁场偏转后沿 直线从下极板右侧Q处离开电场 已知极板长度和间距分别为4 R和3R 磁感应 强度大小为B 重力加速度为g 求 1 小球的比荷 图6 解析 由题意知 小球穿过磁场后做匀速直线运动 重力和电场力平衡 2 小球经过两极板后速度的偏转角 答案 60 解析 小球在磁场中做匀速圆周运动 C为圆心 小球在两极板之间的运动轨迹如图 由几何知识可知O D Q三点在一条直线上 即小球经过两极板后速度的偏转角为60 3 小球离开Q点时的速度和从释放到运动至Q点的时间 小球自静止释放到从Q点射出 经历自由落体
8、运动 匀速圆周运动和匀速直线运动三个阶段 匀速直线运动位移为DQ OQ OD 4R R 3R 则小球自静止释放到从Q点射出的时间为 变式训练 3 2019 湖北十堰市上学期期末 如图7所示 在竖直平面xOy内 分 割线OA与x轴成30 角 分割线上方存在垂直纸面向外的匀强磁场 磁感应强度大小为B 下方存在电场强度为E 方向竖直向下的 匀强电场和垂直纸面的匀强磁场 图中未画出 一质量为m 不计重力 电荷量为q的带正电的粒子 从分割线OA上P点以平行纸面的速 度向左上方射入磁场 粒子速度与AO成30 角 P点到y轴距离为L 带电粒子进入磁场后的运动轨迹与x轴相切 粒子从OA上另一点 M射出磁场进入
9、分割线OA下方区域时恰好做直线运动 求 1 粒子做圆周运动的速度大小 图7 解析 粒子运动轨迹如图所示 粒子在OA上方的磁场中做匀速圆周运动 根据几何关系可得 R 1 cos 60 L tan 30 2 分割线下方磁场的磁感应强度大小 解析 设分割线下方磁场的磁感应强度大小为B 粒子进入下方磁场时恰好做直线运动 分析可知一定为匀速直线运动 故粒子在分割线下方受力平衡 qvB Eq 1 两大偏转模型 电偏转 带电粒子垂直进入匀强电场中 磁偏转 带电粒子垂直进入匀强磁场中 2 思维流程 考点3 带电粒子在组合场中的运动 例3 2019 吉林名校第一次联合模拟 如图8甲所示 在直角坐标系中的0 x
10、L区 域内有沿y轴正方向的匀强电场 右侧有以点 2L 0 为圆心 半径为L的圆形区域 与 x轴的交点分别为M N 在xOy平面内 从电离室产生的质量为m 带电荷量为e的 电子以几乎为零的初速度从P点飘入电势差为U的加速电场中 加速后经过右侧极板 上的小孔Q沿x轴正方向进入匀强电场 已知O Q两点之间的距离为 飞出电场后 从M点进入圆形区域 不考虑电子所受的重力 1 求0 x L区域内电场强度E的 大小和电子从M点进入圆形区域 时的速度vM 图8 电子从Q点到M点 做类平抛运动 解得 45 2 若圆形区域内加一个垂直于纸面向外的匀强磁场 使电子穿出圆形区域时速度方 向垂直于x轴 求所加磁场磁感应
11、强度B的大小和电子在圆形区域内运动的时间 解析 如图甲所示 电子从M点到A点做匀速圆周运动 因O2M O2A O1M O1A 且O2A MO1 所以四边形MO1AO2为菱形 即R L 3 若在电子从M点进入磁场区域时 取t 0 在圆形区域内加如图乙所示变化的磁 场 以垂直于纸面向外为正方向 最后电子从N点飞出 速度方向与进入圆形磁场时 方向相同 请写出磁场变化周期T满足的关系表达式 解析 电子在磁场中运动最简单的情景如图乙所示 在磁场变化的半个周期内 电子的偏转角为90 根据几何知识 在磁场变化的半个周期内 因电子在磁场中的运动具有周期性 如图丙所示 4 2019 全国卷 24 如图9 在直角
12、三角形OPN区域内存在匀强磁场 磁感应强度 大小为B 方向垂直于纸面向外 一带正电的粒子从静止开始经电压U加速后 沿平 行于x轴的方向射入磁场 一段时间后 该粒子在OP边上某点以垂直于x轴的方向 射出 已知O点为坐标原点 N点在y轴上 OP与x轴的夹角为30 粒子进入磁场的 入射点与离开磁场的出射点之间的距离为d 不计重力 求 1 带电粒子的比荷 变式训练 图9 解析 设带电粒子的质量为m 电荷量为q 加速后的速度大小为v 设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为r 2 带电粒子从射入磁场到运动至x轴的时间 解析 由几何关系知 带电粒子射入磁场后运动到x轴 所经过的路程为 5 2019 河北唐山市
13、第一次模拟 如图10所示 在平面直角坐标系xOy中 直角三角形 ACD区域内存在垂直平面向里 磁感应强度大小为B的匀强磁场 线段CO OD L CD边在x轴上 ADC 30 电子束沿y轴方向以相同的速度v0从CD边上的各点射 入磁场 已知这些电子在磁场中做圆周运动的半径均为 在第四象限正方形ODQP 区域内存在沿x轴正方向 大小为E Bv0的匀强电场 在y L处垂直于y轴放置一 足够大的平面荧光屏 屏与y轴交点为P 忽略电子间的相互作用 不计电子的重力 求 1 电子的比荷 图10 2 从x轴最右端射入电场中的电子打到荧光屏上的点与P点间的距离 解析 若电子能进入电场中 且离O点右侧最远 则电子在磁场中做圆周运动的轨迹应恰好与AD边相切 如图所示 电子从F点离开磁场进入电场时 离O点最远 设从x轴最右端射入电场中的电子打到荧光屏上的点为G 3 射入电场中的电子打到荧光屏上的点距P点的最远距离 解析 设打到屏上离P点最远的电子是从 x 0 点射入电场的 设该电子打到荧光屏上的点与P点的距离为X
