《2016年高考物理大一轮总复习（江苏专版）配套（课件+导学案+word文档+题库）第八章 磁 场 专题四》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2016年高考物理大一轮总复习（江苏专版）配套（课件+导学案+word文档+题库）第八章 磁 场 专题四（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、考纲解读 考点一 考点二 考点三 高考模拟 练出高分 第 八 章 磁场 专题 四 带电粒子在复合场中的运动 考纲解读 流体发电机、质谱仪、回旋加速器等磁场的实际应用问题 . 加场中的运动问题 考点一 回旋加速器和质谱仪 + (2)原理：粒子由静止被加速电场加速， 12粒子在磁场中做匀速圆周运动，有 r. 由以上两式可得 r ， m ， . 1 质谱仪 (1)构造：如 图所 示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成 1B 2 B 22 U 2 r 2 考点一 回旋加速器和质谱仪 2回旋加速器 (1)构造：如 图所 示， (2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等 ， 粒 子经电场
2、加速，经磁场回旋 ，由 r ， 得 ， 可 见粒子获得的最大动能由磁感应强度 形盒半径 加速电压无关 q 2 B 2 r 22 m 考点一 回旋加速器和质谱仪 例 1 回旋加速器是用来加速带电粒子，使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个 盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝都得到加速，两盒放在磁感应强度为 场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子的电荷量为 q，质量为 m，粒子最大回旋半径为 运动轨迹如图 3所示问： (1) (2)粒子在盒内做何种运动？ (3)所加交流电压频率应是多大，粒子运动的角速度为多大？ (4)粒子离
3、开加速器时速度为多大？最大动能为多少？ (5)设两 ，盒间距离为 d，其间电场均匀，求把静止粒子加速到上述能量所需时间 考点一 回旋加速器和质谱仪 (1) (2)粒子在盒内做何种运动？ (3)所加交流电压频率应是多大，粒子运动的角速度为多大？ 解析 (1)扁盒由金属导体制成，具有屏蔽外电场的作用，盒内无电场 (2)带电粒子在盒内做匀速圆周运动，每次加速之后半径变大 (3)粒子在电场中运动时间极短，因此高频交流电压频率要等于粒子回旋频率，因为 T 2 ， 故 得回 旋频率 f 1 2 ， 角速度 2f . 考点一 回旋加速器和质谱仪 (4)粒子离开加速器时速度为多大？最大动能为多少？ (5)设两
4、 ，盒间距离为 d，其间电场均匀，求把静止粒子加速到上述能量所需时间 + (4)粒子做圆周运动的半径最大时，由牛顿第二定律得 m，故 m . 最大动能 1222 (5)粒子每旋转一周能量增加 则 旋转周数 n 2 . 粒子在磁场中运动的时间 . 一般地可忽略粒子在电场中的运动时间， 视为总时间 考点一 回旋加速器和质谱仪 递进题组 1 劳 伦斯和利文斯设计出回旋加速器 ， 工作原理示意图如图 4所示 置于真空中的， 两盒间的狭缝很小 ， 带电粒子穿过的时间可忽略 磁感应强度为 高频交流电频率为 f， 加速电压为 处粒子源产生质子的质量为 m、 电荷量为 q， 在加速器中被加速 ， 且加速过程中
5、不考虑相对论效应和重力的影响 . 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 2质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压 C质子第 2次和第 1次经过两 2 1 D不改变磁感应强度 f，该回旋加速器的最大动能不变 考点一 回旋加速器和质谱仪 递进题组 解析 质子被加速后的最大速度受到 D 形盒半径 R 的制约， 最大速度 v 2 2 质子离开回旋加速器的最大动能 E 12 m v 2 12 m 4 2 R 2 f 2 2 m 2 R 2 f 2 ， 根据 R m 12 m v 21 ， 2 12 m v 22 ，得质子第 2 次和第 1 次经过两 D 形盒间狭缝后轨道半径之
6、比为 2 1 ， C 正确； A质子被加速后的最大速度不可能超过 2质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压 C质子第 2次和第 1次经过两 2 1 D不改变磁感应强度 f，该回旋加速器的最大动能不变 考点一 回旋加速器和质谱仪 递进题组 2对 铀 235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义如 图所 示，质量为 m、电荷量为 35离子，从容器 1不断飘入加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔 的匀强磁场中，做半径为 子行进半个圆周后离开磁场并被收集 ，离 开磁场 时离子 束 的等效电流为 (1)求加速电场的电压 U； (2)求出在离子被收集的过程中任意时间 . 考点一 回旋加速器和质
7、谱仪 递进题组 + v (1)求加速电场的电压 U； 解析 设 离子经电场加速后进入磁场时的速度为 v， 由 动能定理得 12 离子在磁场中做匀速圆周运动 ， 所 受洛伦兹力提供向心力， 即 由 式解得 U 222 考点一 回旋加速器和质谱仪 递进题组 + v (2)求出在离子被收集的过程中任意时间 收 集到的离子的质量 M. 解析 设 在任意时间 ， 总 电荷量为 Q Q N M 解得 M 考点 二 带电体在叠加场中的运动 1带电体在叠加场中无约束情况下的运动情况分类 (1)洛伦兹力、重力并存 若重力和洛伦兹力 平衡 ，则带电体做 匀速直线运动 若重力和洛伦兹力 不平衡 ，则带电体将做复杂的
8、曲线运动，因洛伦兹力不做功，故机械能守恒 ，由此可求解问题 考点 二 带电体在叠加场中的运动 (2)静电力、洛伦兹力并存 (不计重力的微观粒子 ) 若静电力和洛伦兹力 平衡 ，则带电体做 匀速直线运动 若静电力和洛伦兹力 不平衡 ，则带电体将做复杂的曲线运动 ， 因 洛伦兹力不做功，可用动能定理求解问题 (3)静电力、洛伦兹力、重力并存 若 三力平衡 ，一定做 匀速直线运动 若 重力与静电力平衡 ，一定做 匀速圆周运动 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 考点 二 带电体在叠加场中的运动 2带电体在叠加场中有约束情况下
9、的运动 带电体在叠加场中受轻杆、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解 考点 二 带电体在叠加场中的运动 例 2 如图所示 ，位于竖直平面内的坐标系 其第三象限空间有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为 B ，还有沿 强大小为 E 2 N/强大小也为 在 yh 0.4 的垂直于纸面向里的匀强磁场一个带电荷量为 点得到一初速度，恰好能沿 45 )，并从原点 知重力加速度 g 10 m/： (1)油滴在第三象限运动时受到的重力、电场力 、 洛
10、 伦兹力三力的大小之比，并指出油滴带何种电荷； (2)油滴在 (3)油滴在第一象限运动的时间 考点 二 带电体在叠加场中的运动 解析 （ 1）运动和受力分析如图 =q 油滴带负电荷 v (1)油滴在第三象限运动时受到的重力、电场力 、洛 伦兹力三力的大小之比，并指出油滴带何种电荷； (2)油滴在 由平衡条件得： F 1 1 2. (2) qE 2 得： v 2 4 2 m/s 考点 二 带电体在叠加场中的运动 (3 ) 油滴在第一象限运动的时间 （ 3）进入第一象限，电场力和重力抵消，油滴先做匀速直线运动，进入 y 迹如图 A 由对称性知油滴从 C 滴在第一象限运动的总时间 t s C N O
11、 油滴由 O A 做匀速运动的位移为 x 1 hs 4 5 2 h 其运动时间： t 1 x 1v2 B0 s 由几何关系和圆周运动的周期关系式 T 2 油滴由 A C 做圆周 运动的时间为 t 2 14T E2 s 考点 二 带电体在叠加场中的运动 变式题组 3 如图所示，两块水平放置、相距为 d 的长金属板接在电压可调的电源上两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面，从喷口连续不断喷出质量均为 m 、水平速度均为 相等电荷量的墨滴调节电源电压至 U ，墨滴在电场区域恰能沿水平向右做匀速直线运动；进入电场、磁场共存区域后，最终垂直打在下板的 M 点已知重力加速度为 g . (1) 判断墨滴所带电荷的种类，并求其电荷量； (2) 求磁感应强度 B 的值； (3) 现保持喷口方向不变，使其竖直下移到两板中间 的位置为了使墨滴仍能到达下板 M 点，应将磁感应 强度调至 B ，则 B 的大小为多少？ 考点 二 带电体在叠加场中的运动 变式题组 (1) 判断墨滴所带电荷的种类，并求其电荷量； 解析 墨 滴在电场区域做匀速直线运动 q E 重力和电场力平衡 电场 滴所受电场力 知墨滴带负电荷 q 解 得： q g 考点 二 带电体在叠加场中的运动 变式题
