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1、,大一轮复习讲义,专题突破九带电粒子在复合场中运动实例,第八章磁场,NEIRONGSUOYIN,内容索引,过好双基关,研透命题点,随堂测试,回扣基础知识 训练基础题目,细研考纲和真题 分析突破命题点,随堂检测 检测课堂学习效果,课时作业,限时训练 练规范 练速度,过好双基关,一、带电粒子在复合场中的运动,1.叠加场与组合场 (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、磁场分时间段或分区域 出现. 2.运动分类 (1)静止或做匀速直线运动 当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,将处于静止状态或做 直线运动.,磁
2、场,交替,匀速,(2)匀速圆周运动 当带电粒子所受的重力与电场力大小 、方向 时,带电粒子在洛伦兹力的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做 运动. (3)较复杂的曲线运动 当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同一条直线上时,粒子做 变速曲线运动,这时粒子运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线. (4)分阶段运动 带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域,其运动情况随区域发生变化,其运动过程由几种不同的 组成.,相等,相反,匀速圆周,非匀,运动阶段,二、电场与磁场的组合应用实例,相同,三、电场与磁场的叠加应用实例,匀速直线,qvB,电势差,v0Bd,_,研透命题点,1.作用 测
3、量带电粒子质量和分离同位素. 2.原理(如图1所示),命题点一质谱仪的工作原理与应用,图1,例1(2017江苏单科15改编)一台质谱仪的工作原理如图2所示.大量的带电荷量为q、质量为2m的离子飘入电压为U0的加速电场,其初速度几乎为0,经加速后,通过宽为L的狭缝MN沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后打到照相底片上.图中虚线为经过狭缝左、右边界M、N时离子的运动轨迹.不考虑离子间的相互作用. (1)求离子打在底片上的位置到N点的最小距离x;,图2,解析设离子在磁场中的运动半径为r1,,根据几何关系得,离子打在底片上的位置到N点的最小距离x2r1L,,(2)在图中用斜线标出磁
4、场中离子经过的区域,并求该区域最窄处的宽度d.,解析如图,最窄处位于过两虚线交点的垂线上,命题点二回旋加速器工作原理与应用,1.构造:如图3所示,D1、D2是半圆形金属盒,D形盒处于匀强磁场中,D形盒的缝隙处接交流电源.,图3,2.原理:交流电周期和粒子做圆周运动的周期相等,使粒子每经过一次D形盒缝隙,粒子被加速一次.,例2(多选)(2018南通市等六市一调)回旋加速器的工作原理如图4所示,置于真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子在狭缝间加速的时间忽略不计.匀强磁场的磁感应强度大小为B、方向与盒面垂直.粒子源A产生的粒子质量为m,电荷量为q,U为加速电压,则 A.交变电压的周
5、期等于粒子在磁场中回旋周期的一半 B.加速电压U越大,粒子获得的最大动能越大 C.D形盒半径R越大,粒子获得的最大动能越大 D.磁感应强度B越大,粒子获得的最大动能越大,图4,解析为了保证粒子每次经过电场时都被加速,必须满足交变电压的周期和粒子在磁场中回旋周期相等,故A错误;,命题点三叠加场实例分析,共同特点:若不计重力,当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时,qvBqE. 1.速度选择器 (1)平行板间电场强度E和磁感应强度B互相垂直.(如图5) (2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qvBqE,即v . (3)速度选择器只能选择粒子的速度,不能选择粒子的电性、电荷量、质量. (4
6、)速度选择器具有单向性.,图5,2.磁流体发电机 (1)原理:等离子体喷入磁场,正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在A、B板上,产生电势差,它可以把离子的动能通过磁场转化为电能.(如图6) (2)电源正、负极判断:根据左手定则可判断出图中的B板是发电机的正极.,图6,(3)电源电动势U:设A、B平行金属板的面积为S,两极板间的距离为l,磁场磁感应强度为B,等离子体的电阻率为,喷入气体的速度为v,板外电阻为R.当正、负离子所受电场力和洛伦兹力平衡时,两极板间达到的最大电势差为U(即电源电动势),则 qvB,即UBlv.,3.电磁流量计 (1)流量(Q)的定义:单位时间流过导管某一截面的导
7、电液体的体积. (2)公式:QSv;S为导管的截面积,v是导电液体的流速. (3)导电液体的流速(v)的计算 如图7所示,一圆柱形导管直径为d,用非磁性材料制成,其中有可以导电的液体向右流动.导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下发生偏转,使a、b间出现电势差,当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时,a、b,(5)电势高低的判断:根据左手定则可得ab.,图7,4.霍尔效应的原理和分析 (1)定义:如图8,高为h、宽为d的导体(自由电荷是电子或正电荷)置于匀强磁场B中,当电流通过导体时,在导体的上表面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.,(2)电势高低
8、的判断:导体中的电流I向右时,根据左手定则可得,若自由电荷是电子,则下表面A的电势高;若自由电荷为正电荷,则上表面A的电势高.,图8,(3)霍尔电压的计算:导体中的自由电荷(电荷量为q)在洛伦兹力作用下偏转,A、A间出现电势差,当自由电荷所受静电力和洛伦兹力平衡时,A、A间的电势差(U)就保持稳定,由,例3(2018泰州中学月考)在如图9所示的平行板器件中,电场强度E和磁感应强度B相互垂直.一带电粒子(重力不计)从左端以速度v沿虚线射入后做直线运动,则该粒子 A.一定带正电,图8,D.若此粒子从右端沿虚线方向进入,仍做直线运动,模型1速度选择器,解析粒子带正电和负电均可,选项A错误; 由于粒子
9、做直线运动,故粒子所受洛伦兹力等于电场力,即qvBqE,解得速度大小v ,选项B正确; 若速度大小v ,粒子仍可能从板间射出,选项C错误; 若此粒子从右端沿虚线方向进入,所受电场力和洛伦兹力方向相同,不能做直线运动,选项D错误.,例4(2018南通市等七市三模)磁流体发电机原理如图10所示,等离子体高速喷射到加有强磁场的管道内,正、负离子在洛伦兹力作用下分别向A、B两金属板偏转,形成直流电源对外供电.则 A.仅减小A、B两金属板间的距离,发电机的电动势将增大 B.仅增强磁感应强度,发电机的电动势将减小 C.仅增加负载的阻值,发电机的输出功率将增大 D.仅增大等离子体的喷射速度,发电机的总功率将
10、增大,图10,模型2磁流体发电机,例5(多选)(2018南京师大附中5月模拟)为了测量某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图11所示的流量计,该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为a、b、c,左右两端开口,在垂直上下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场,在前后两个面的内侧固定有金属板作为电极,污水从左向右流经该装置时,电压表将显示两个电极间的电压U.若用Q表示污水流量(单位时间内流出的污水体积),下列说法正确的是 A.若污水中正离子较多,则前表面电势比后表面电势低 B.若污水中负离子较多,则前表面电势比后表面电势低 C.污水中离子浓度越高,电压表的示数将越大 D.污水流量Q与
11、U成正比,与a、b无关,图11,模型3电磁流量计,解析正、负离子从左向右移动,根据左手定则,正离子所受的洛伦兹力方向指向后表面,负离子所受的洛伦兹力方向指向前表面,所以总有后表面电极的电势比前表面电极电势高,A、B正确;,例6(多选)(2018常州市一模)在一个很小的矩形半导体薄片上,制作四个电极E、F、M、N,做成了一个霍尔元件.在E、F间通入恒定电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,M、N两电极间的电压为UH.已知半导体薄片中的载流子为正电荷,电流与磁场的方向如图12所示,下列说法正确的有 A.N极电势高于M极电势 B.磁感应强度越大,M、N两电极间电势差越大 C.将磁场方向变为与薄片的上、
12、下表面平行,UH不变 D.将磁场和电流分别反向,N极电势低于M极电势,图12,模型4霍尔效应,解析根据左手定则,正电荷受力的方向指向N极,向N极偏转,则N极电势高,故A正确; 设左右两个表面相距为d,正电荷所受的电场力等于洛伦兹力,即 qvB 设单位体积内正电荷的个数为n,此薄片的截面积为S,厚度为L,则 InqSv, SdL, ,所以若保持电流I恒定,则M、N两电极间的电势差与磁感应强度B成正比,故B正确; 将磁场方向变为与薄片的上、下表面平行,则正电荷不会受到洛伦兹力,因此不存在电势差,故C错误; 若磁场和电流分别反向,根据左手定则,则N极电势仍高于M极电势,故D错误.,随堂测试,1.(多
13、选)如图13是质谱仪工作原理的示意图,带电粒子a、b从容器中的A点飘出(在A点初速度为零),经电压U加速后,从x轴坐标原点处进入磁感应强度为B的匀强磁场,最后都打在感光板S上,坐标分别为x1、x2,图中半圆形虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径,则 A.b进入磁场的速度一定大于a进入磁场的速度 B.a的比荷一定大于b的比荷 C.若a、b电荷量相等,则它们的质量之比mamb x12x22 D.若a、b质量相等,则它们在磁场中运动时间之比tatbx1x2,1,2,3,4,5,图13,2.(多选)(2018扬州中学下学期开学考)如图14所示,两平行金属板水平放置,开始开关S闭合使平行板电容器带电.
14、板间存在垂直纸面向里的匀强磁场.一个不计重力的带电粒子恰能以水平向右的速度沿直线通过两板.在以下方法中,能使带电粒子仍沿水平直线通过两板的是 A.将两板的距离增大一倍,同时将磁感应强度增大一倍 B.将两板的距离减小一半,同时将磁感应强度增大一倍 C.将开关S断开,两板间的正对面积减小一半,同时将板 间磁场的磁感应强度减小一半 D.将开关S断开,两板间的正对面积减小一半,同时将板 间磁场的磁感应强度增大一倍,1,2,3,4,5,图14,3.(多选) 如图15是等离子体发电机的示意图,原料在燃烧室中全部电离为电子与正离子,即高温等离子体,等离子体以速度v进入矩形发电通道,发电通道里有图示方向的匀强
15、磁场,磁感应强度为B.等离子体进入发电通道后发生偏转,落到相距为d的两个金属极板上,在两极板间形成电势差,等离子体的电阻不可忽略.下列说法正确的是 A.上极板为发电机正极 B.外电路闭合时,电阻R两端的电压为Bdv C.带电粒子克服电场力做功把其他形式的能转化为电能 D.外电路断开时,等离子受到的洛伦兹力与电场力平衡,1,2,3,4,图12,5,1,2,3,4,5,解析根据左手定则可知,正离子向上偏,电子向下偏,则上极板是发电机的正极,下极板是发电机的负极,故A正确; 根据电子或正离子所受洛伦兹力等于电场力qvB 得,产生的电动势的大小为EBdv,因等离子体的电阻不可忽略,因此电阻R两端的电压
16、会小于产生的电动势,故B错误; 依据功能关系可知,电子与正离子克服电场力做功把其他形式的能转化为电能,故C正确; 等离子体中有正离子和电子,在磁场中受到洛伦兹力的作用,分别向两极偏转,于是在两极之间产生电势差,两极间存在电场力,当外电路断开时,等离子体受到的洛伦兹力与电场力平衡,从而不会偏移,故D正确.,4.(多选)(2017泰州中学等综合评估)为了测量化工厂的污水排放量,技术人员在排污管末端安装了流量计(流量Q为单位时间内流过某截面流体的体积).如图16所示,长方体绝缘管道的长、宽、高分别为a、b、c,左、右两端开口,所在空间有垂直于前后表面、磁感应强度大小为B的匀强磁场,在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N,污水从左向右匀速流动,测得M、N间电压为U,污水流过管道时受到的阻力大小fkLv2,k是比例系数,L为污水沿流速方向的长度,v为污水的流速.则,B.金属板M的电势不一定高于金属板N的电势 C.电压U与污水中离子浓度无关,1