（江苏专用）高考物理新增分大一轮复习 第八章 磁场 专题突破九 带电粒子在复合场中运动实例讲义（含解析）-人教版高三全册物理教案VIP免费

专题突破九带电粒子在复合场中运动实例一、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、磁场、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交替出现．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匀速直线运动．(2)匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小相等、方向相反时，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匀速圆周运动．(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，粒子做非匀变速曲线运动，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运动阶段组成．二、电场与磁场的组合应用实例装置原理图规律质谱仪带电粒子由静止被加速电场加速qU＝mv2，在磁场中做匀速圆周运动qvB＝m，则比荷＝回旋加速器交变电流的周期和带电粒子做圆周运动的周期相同，带电粒子在做圆周运动过程中每次经过D形盒缝隙都会被加速．由qvB＝m得最大动能Ekm＝三、电场与磁场的叠加应用实例装置原理图规律速度选择器若qv0B＝Eq，即v0＝，带电粒子做匀速直线运动电磁流量计q＝qvB，所以v＝，所以流量Q＝vS＝π()2＝霍尔元件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电势差磁流体发电机等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电荷，两极板间电压为U时稳定，＝qv0B，U＝v0Bd命题点一质谱仪的工作原理与应用1．作用测量带电粒子质量和分离同位素．2．原理(如图1所示)图1(1)加速电场：qU＝mv2；(2)偏转磁场：qvB＝，l＝2r；联立可得r＝，m＝，＝.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．图2(1)求离子打在底片上的位置到N点的最小距离x；(2)在图中用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.答案(1)－L(2)见解析图－解析(1)设离子在磁场中的运动半径为r1，在电场中加速时，有qU0＝×2mv2在匀强磁场中由牛顿第二定律得qvB＝2m解得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x＝2r1－L，解得x＝－L.(2)如图，最窄处位于过两虚线交点的垂线上最窄处宽度d＝r1－解得d＝－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32．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．3．最大动能：由qvmB＝、Ekm＝mv得Ekm＝，粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径R决定，与加速电压无关．4．运动的总时间：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t＝T＝·＝.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()图4A．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答案CD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；根据洛伦兹力提供向心力qvB＝，解得v＝，动能为：Ek＝mv2＝，可知，带电粒子的动能与加速度电压无关，D形盒半径R越大，磁感应强度B越大，粒子获得的最大动能越大，B错误，C、D正确．命题点三叠加...