高考化学 第十一章 第三课时带电粒子在复合场中的运动解析 VIP专享VIP免费

第三课时带电粒子在复合场中的运动第一关：基础关展望高考基础知识一、速度选择器知识讲解速度选择器（如下图所示）①平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直.这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器.②带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器的条件是Bqv=Eq,即v=.活学活用1.1以很小的速度进入电压为U的加速电场区（初速度不计），加速后，再通过狭缝S2、S3射入磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ，最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面且平行于狭缝S33的距离为d,导出分子离子质量m的表达式.解析：设离子的质量为m、带电荷量为q,经过加速电场时，有qU=mv2则从狭缝S3射入磁场区域的速度v=①射入磁场后，受洛伦兹力作用做匀速圆周运动，由于垂直于边界射入，离子恰经过半个圆，如图所示，其圆半径R=,由离子做匀速圆周运动的条件：qvB=,代入①式的结果后，即得离子的质量m=.答案：m=二、磁流体发电机知识讲解如图所示，由燃烧室O燃烧电离成的正、负离子（等离子体）以高速v喷入偏转磁场B中.在洛伦兹力作用下，正、负离子分别向上、下极板偏转、积累，从而在板间形成一个向下的电场，两板间形成一定的电势差：当qvB=时，电势差稳定为U=dvB，这就相当于一个可以对外供电的电源.活学活用——磁流体发电机，它的原理图如图所示，设想在相距为d的两平行金属板间加一磁感应强度为B的匀强磁场，两板通过开关和灯泡相连.将气体加热到使之高度电离后，由于正、负离子一样多，且带电荷量均为q,因而称为等离子体，将其以速度v喷入甲、乙两板之间，这时甲、乙两板就会聚集电荷，产生电压，这就是磁流体发电机的原理，它可以直接把内能转化为电能，试问：（1）图中哪个极板是发电机的正极？（2）发电机的电动势多大？（3）设喷入两极板间的离子流每立方米有n个负电荷，离子流的横截面积为S，则发电机的最大功率多大？解析：（1）等离子体从左侧射入磁场，正离子受向上的洛伦兹力而偏向甲板，使甲板上积累正电荷，相应的乙板上积累负电荷，成为电源的正、负两极.甲板是发电机的正极.(2)当开关断开时，甲、乙两板间的电压即为电源的电动势.稳定时，甲、乙两板上积累的电荷不再增加，此时的等离子体所受的洛伦兹力与电场力恰好平衡，则有=qvB即得电源的电动势为U=Bdv.（3）理想状态时，喷入两极板间的离子流全部流向两极板，这时电源达到最大功率.此时，电路中的最大电流为Imax=式中N为在t时间内喷入两极板间的正、负离子数的总和，即N=2nSvt,则发电机的最大功率为Pmax=UImax=2ndqSBv2.答案：(1)甲板（2）Bdv(3)2ndqSBv2三、电磁流量计知识讲解电磁流量计原理可解释为：如图所示，一圆形导管直径为d,用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动，导电液体中的自由电荷（正、负离子）在洛伦兹力作用下偏转，a\,b间的电势差就保持稳定，由qBv=qE=q,可得v=,流量Q=Sv=.四、霍尔效应知识讲解霍尔效应是高中物理重要的探究课题之一.在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，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了电势差.这个现象称为霍尔效应.所产生的电势差称为霍尔电势差或霍尔电压，其原理如图所示.第二关：技法关解读高考解题技法一、带电体在重力场与磁场的复合场中的运动技法讲解带电体在重力场与磁场的复合场中运动时，若只受洛伦兹力与重力，当二力平衡时，物体将沿水平方向做匀速直线运动，若二力不平衡则物体做一般的曲线运动，很难从运动学角度来分析，而从能量的角度来分析就比较简便．一定要注意洛伦兹力不做功这一特点．若带电物体在运动过程中还受其他物体(如绳、面或轨道等)的约束，则应结合施加约束的物体的特点来分析带电物体的运动，一定注意洛伦兹力随运动状态的变化而变化．典例剖析例1如图所示，匀强磁场垂直纸面向里，有一足够长的等腰三角形绝缘滑槽，两侧斜槽与水平面夹角为α，在斜槽顶点两侧各放一个质量相等、带等量负电荷的小球A和B，两小球与斜槽的动摩擦因数相等，且μ