《专题（65）带电粒子在复合场中运动的实例分析（原卷版）.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专题（65）带电粒子在复合场中运动的实例分析（原卷版）.docx（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2021年高考物理一轮复习考点全攻关专题（65）带电粒子在复合场中运动的实例分析（原卷版）专题解读：1.本专题是磁场、力学、电场等知识的综合应用，高考往往以计算压轴题的形式出现2学习本专题，可以培养同学们的审题能力、推理能力和规范表达能力针对性的专题训练，可以提高同学们解决难题、压轴题的信心3用到的知识有：动力学观点(牛顿运动定律)、运动学观点、能量观点(动能定理、能量守恒定律)、电场的观点(类平抛运动的规律)、磁场的观点(带电粒子在磁场中运动的规律)命题热点一：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原理如图所示(1)加速电场：qUmv2；(2)偏转磁场：qvB，l2r；
2、由以上两式可得r ，m，.【例1】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所示，虚线上方有两条半径分别为R和r(Rr)的半圆形边界，分别与虚线相交于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；(2)离子在磁场中运动的时间；(3)离子能打在荧光
3、屏上的加速电压范围【变式1】(2019福建龙岩市5月模拟)质谱仪的原理如图所示，虚线AD上方区域处在垂直纸面向外的匀强磁场中，C、D间有一荧光屏同位素离子源产生a、b两种电荷量相同的离子，无初速度进入加速电场，经同一电压加速后，垂直进入磁场，a离子恰好打在荧光屏C点，b离子恰好打在D点离子重力不计则()Aa离子质量比b的大 Ba离子质量比b的小Ca离子在磁场中的运动时间比b的长 Da、b离子在磁场中的运动时间相等命题热点二：回旋加速器的原理和分析1构造：如图所示，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
4、次D形盒缝隙，粒子被加速一次3最大动能：由qvmB、Ekmmvm2得Ekm，粒子获得的最大动能由磁感应强度B和盒半径R决定，与加速电压无关4总时间：粒子在磁场中运动一个周期，被电场加速两次，每次增加动能qU，加速次数n，粒子在磁场中运动的总时间tT.例2(多选)(2019山东烟台市第一学期期末)如图所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，分别与高频交流电源连接，两个D形金属盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两个D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，下列说法中正确的是()A加速电压越大，粒子最终射出时获得的动能就越大B粒子射出时的最大动能与加速电压无
5、关，与D形金属盒的半径和磁感应强度有关C若增大加速电压，粒子在金属盒间的加速次数将减少，在回旋加速器中运动的时间将减小D粒子第5次被加速前、后的轨道半径之比为变式2(多选)(2019福建龙岩市3月质量检查)回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图所示其核心部件是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒(D1、D2)，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，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，D形盒的半径为R.质量为m、电荷量为q的质子从D1半盒的质子源(A点)由静止释放，加速到最大动能Ekm后经粒子出口处射出若忽略质子在电场中的加速时间，且不考虑相对论效应，则下
6、列说法正确的是()A质子加速后的最大动能Ekm与交变电压U大小无关B质子在加速器中的运行时间与交变电压U大小无关C回旋加速器所加交变电压的周期为RDD2盒内质子的轨道半径由小到大之比为1命题热点四：电场与磁场叠加的应用实例共同特点：当带电粒子(不计重力)在复合场中做匀速直线运动时，qvBqE.1速度选择器(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直如图所示(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)速度选择器具有单向性例3如图所示是一速度选择器，当粒子速度满足v0时，粒子沿图中虚线水平射出；若某
7、一粒子以速度v射入该速度选择器后，运动轨迹为图中实线，则关于该粒子的说法正确的是()A粒子射入的速度一定是vB粒子射入的速度可能是vb.例5为监测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所示的长方体流量计该装置由绝缘材料制成，其长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口在垂直于上下底面方向加一匀强磁场，前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极污水充满管口从左向右流经该装置时，接在M、N两端间的电压表将显示两个电极间的电压U.若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是()AM端的电势比N端的高B电压表的示数U与a和b均成正比，与c无关C电压表的示数U与污水的
8、流量Q成正比D若污水中正、负离子数相同，则电压表的示数为04霍尔效应的原理和分析(1)定义：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)电势高低的判断：如图所示，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是正电荷，则下表面A的电势低(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，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，A、A间的电势差(U)就保持稳定，由qvBq，InqvS，Shd；
9、联立得Uk，k称为霍尔系数例6(2019北京市东城区二模)霍尔元件是能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量的电学元件其结构和原理如图所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件在E、F 间通入恒定的电流 I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N 间出现了电压，称为霍尔电压UH.当磁场方向和电流方向如图所示时，关于M、N极板电势的高低，下列说法正确的是()A不管载流子带电性质如何，电极N的电势一定高于电极MB不管载流子带电性质如何，电极N的电势一定低于电极MC只有当载流子为负电
10、荷时，电极M的电势才高于电极ND只有当载流子为正电荷时，电极M的电势才高于电极N课时精练：一、双基巩固练1在如图1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()图1A一定带正电B速度vC若速度v，粒子一定不能从板间射出D若此粒子从右端沿虚线方向进入，仍做直线运动2(多选)(2019陕西宝鸡市高考模拟检测(二)医用回旋加速器的核心部分是两个D形金属盒，如图2所示，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连现分别加速氘核(H)和氦核(He)并通过线束引出加速器下列说法中正确的是()图2A加速两种粒子的高频电源的频率相同
11、B两种粒子获得的最大动能相同C两种粒子在D形盒中运动的周期相同D增大高频电源的电压可增大粒子的最大动能3.(多选)如图3所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电离子)沿垂直于磁场的方向喷入磁场把P、Q与电阻R相连接下列说法正确的是()图3AQ板的电势高于P板的电势BR中有由a向b方向的电流C若只改变磁场强弱，R中电流保持不变D若只增大离子入射速度，R中电流增大4.(多选)利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域如图4所示是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B 垂直于霍尔元件的工作面向下，当元件中通
12、入图示方向的电流I 时，C、D 两侧面会形成一定的电势差U.下列说法中正确的是()图4A若C侧面电势高于D侧面，则元件中形成电流的载流子带负电B若C侧面电势高于D侧面，则元件中形成电流的载流子带正电C在地球南、北极上方测地磁场强弱时，元件工作面竖直放置时U最大D在地球赤道上方测地磁场强弱时，元件工作面竖直放置且与地球经线垂直时，U最大5(2019山西临汾市二轮复习模拟)容器A中装有大量的质量、电荷量不同但均带正电的粒子，粒子从容器下方的小孔S1不断飘入加速电场(初速度可视为零)做直线运动，通过小孔S2后从两平行板中央沿垂直电场方向射入偏转电场粒子通过平行板后沿垂直磁场方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场区域，最后打在感光片上，如图5所示已知加速电场中S1、S2间的加速电压为U，偏转电场极板长为L，两板间距也为L，板间匀强电场强度E，方向水平向左(忽略板间外的电场)，平行板f的下端与磁场边界ab相交于点P，在边界ab上实线处固定放置感光片测得从容器A中逸出的所有粒子均打在感
