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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.
2、,磁场,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
3、 测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
4、斜线标出磁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
5、A.交变电压的周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、
6、电荷量、质量. (4)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
7、流过导管某一截面的导电液体的体积. (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
8、压.,(2)电势高低的判断：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
9、可，选项A错误； 由于粒子做直线运动，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
10、的喷射速度，发电机的总功率将增大,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
11、表的示数将越大 D.污水流量Q与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
12、差越大 C.将磁场方向变为与薄片的上、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
13、于M极电势，故D错误.,随堂测试,1.(多选)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
14、平放置，开始开关S闭合使平行板电容器带电.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
15、入矩形发电通道，发电通道里有图示方向的匀强磁场，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
16、等离子体的电阻不可忽略，因此电阻R两端的电压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
