《（浙江選考）2020版高考物理大一輪復習 第九章 磁場 專題強化二 帶電粒子在復合場中運動的實例分析課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《（浙江選考）2020版高考物理大一輪復習 第九章 磁場 專題強化二 帶電粒子在復合場中運動的實例分析課件.ppt（67頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、專題強化二帶電粒子在復合場中運動的實例分析,,第九章磁場,,NEIRONGSUOYIN,內(nèi)容索引,過好雙基關,研透命題點,課時作業(yè),回扣基礎知識 訓練基礎題目,細研考綱和真題 分析突破命題點,限時訓練 練規(guī)范 練速度,,過好雙基關,,,1.復合場的分類 (1)疊加場：電場、 、重力場共存，或其中某兩場共存. (2)組合場：電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，或相鄰或在同一區(qū)域電場、磁場 出現(xiàn). 2.帶電粒子在復合場中的運動分類 (1)靜止或勻速直線運動 當帶電粒子在復合場中所受合外力為零時，將處于靜止狀態(tài)或做_________ 直線運動.,,一、帶電粒子在復合場中的運動,,,磁場
2、,交替,勻速,(2)勻速圓周運動 當帶電粒子所受的重力與電場力大小 、方向 時，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)做 運動. (3)較復雜的曲線運動 當帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化，且與初速度方向不在同一條直線上時，粒子做 變速曲線運動，這時粒子運動軌跡既不是圓弧，也不是拋物線. (4)分階段運動 帶電粒子可能依次通過幾個情況不同的復合場區(qū)域，其運動情況隨區(qū)域發(fā)生變化.,相反,勻速圓周,非勻,相等,,,二、電場與磁場的組合應用實例,,,相同,,,三、電場與磁場的疊加應用實例,,,勻速,qvB,電勢差,返回,,研透命題點,,,,命題點一質(zhì)譜儀的原理
3、和分析,,,1.作用 測量帶電粒子質(zhì)量和分離同位素的儀器. 2.原理(如圖1所示),圖1,例1(2016浙江10月選考23)如圖2所示，在x軸的上方存在垂直紙面向里，磁感應強度大小為B0的勻強磁場，位于x軸下方的離子源C發(fā)射質(zhì)量為m、電荷量為q的一束負離子，其初速度大小范圍為0 v0.這束離子經(jīng)電勢差為U 的電場加速后，從小孔O(坐標原點)垂直x軸并垂直磁場射入磁場區(qū)域，最后打到x軸上.在x軸上2a3a區(qū)間水平固定放置一探測 板(a ).假設每秒射入磁場的離子總數(shù)為N0， 打到x軸上的離子數(shù)均勻分布(離子重力不計). (1)求離子束從小孔O射入磁場后打到x軸的區(qū)間；,答案,圖2,答案見解
4、析,恰好打在x2a的位置,恰好打在x4a的位置 離子束打在x軸上的區(qū)間為2a,4a,(2)調(diào)整磁感應強度的大小，可使速度最大的離子恰好打在探測板的右端，求此時的磁感應強度大小B1；,答案,答案見解析,解析由動能定理,(3)保持磁感應強度B1不變，求每秒打在探測板上的離子數(shù)N；若打在板上的離子80%被板吸收，20%被反向彈回，彈回速度大小為打板前速度大小的0.6倍，求探測板受到的作用力大小.,答案,答案見解析,解析離子束能打到探測板的實際位置范圍為2ax3a,每秒打在探測板上的離子數(shù)為,根據(jù)動量定理 被吸收的離子受到板的作用力大小,被反彈的離子受到板的作用力大小,根據(jù)牛頓第三定律，探測板受到的作
5、用力大小,變式1現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖3所示，其中加速電壓恒定.質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場加速，經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場.若某種一價正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速，為使它經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離 開磁場，需將磁感應強度增加到原來的12倍.此離子和 質(zhì)子的質(zhì)量比為 A.11 B.12 C.121 D.144,圖3,,答案,1.構造：如圖4所示，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒處于勻強磁場中，D形盒的縫隙處接交流電源. 2.原理：交流電周期和粒子做圓周運動的周期相等，使粒子每經(jīng)過一次D形盒縫隙，粒子被加速一次.,,命題點二回旋加速器的原
6、理和分析,,,圖4,例2(2018浙江11月選考23)小明受回旋加速器的啟發(fā)，設計了如圖5甲所示的“回旋變速裝置”.兩相距為d的平行金屬柵極板M、N，板M位于x軸上，板N在它的正下方.兩板間加上如圖乙所示的幅值為U0的交變電壓，周期T0 .板M,圖5,上方和板N下方有磁感應強度大小均為B、方向相反的勻強磁場.粒子探測器位于y軸處，僅能探測到垂直射入的帶電粒子. 有一沿x軸可移動、粒子出射初動能可調(diào)節(jié)的粒子發(fā)射源，沿y軸正方向射出質(zhì)量為m、電荷量為q(q0)的粒子.t0時刻，發(fā)射源在(x,0)位置發(fā)射一帶電粒子.忽略粒子的重力和其它阻力，粒子在電場中運動的時間不計.,(1)若粒子只經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)并
7、在yy0處被探測到，求發(fā)射源的位置和粒子的初動能；,答案,(2)若粒子兩次進出電場區(qū)域后被探測到，求粒子發(fā)射源的位置x與被探測到的位置y之間的關系.,答案,答案見解析,解析根據(jù)題意，粒子兩次進出電場，然后垂直射到y(tǒng)軸，由于粒子射入電場后，會做減速直線運動，且無法確定能否減速到0，因此需要按情況分類討論 第一次射入電場即減速到零，即當Ek0
8、xr22r12r0，yr2,變式2回旋加速器的工作原理如圖6甲所示，置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間狹縫的間距為d，磁感應強度為B的勻強磁場與盒面垂直，被加速粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，加在狹縫間的交變電壓如圖乙所示，電壓的大小為U0，周期T .一束該種粒子在t0 時間內(nèi)從A處均勻地飄入狹縫，其初速度視為零.現(xiàn)考慮粒子在狹縫中的運動時間，假設能夠射出的粒子每次經(jīng)過狹縫均做加速運動，不考慮粒子間的相互作用.求：,圖6,(1)出射粒子的動能Ekm；,答案,(2)粒子從飄入狹縫至動能達到Ekm所需的總時間t0；,答案,解析粒子被加速n次達到動能Ekm，則EkmnqU0,(3)要使飄入狹縫的粒
9、子中有超過99%能射出，d應滿足的條件.,答案,,,共同特點：當帶電粒子(不計重力)在復合場中做勻速直線運動時，qvBqE. 1.速度選擇器 (1)平行板中電場強度E和磁感應強度B互相垂直.(如圖7),,命題點三電場與磁場疊加的應用實例分析,,,圖7,(2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qvBqE，即v . (3)速度選擇器只能選擇粒子的速度，不能選擇粒子的電性、電荷量、質(zhì)量. (4)速度選擇器具有單向性.,例3(2018杭州市期末)在如圖8所示的平行板器件中，勻強電場E和勻強磁場B互相垂直.一束初速度為v的帶電粒子從左側(cè)垂直電場射入后沿圖中直線從右側(cè)射出.粒子重力不計，下列說法
10、正確的是 A.若粒子沿軌跡射出，則粒子的初速度一 定大于v B.若粒子沿軌跡射出，則粒子的動能一定增大 C.若粒子沿軌跡射出，則粒子可能做勻速圓周運動 D.若粒子沿軌跡射出，則粒子的電勢能可能增大,圖8,,答案,解析若粒子沿題圖中直線從右側(cè)射出，則qvBqE，若粒子沿軌跡射出，粒子所受向上的力大于向下的力，但由于粒子電性未知，所以粒子所受的電場力與洛倫茲力方向不能確定，不能確定初速度與v的關系，故A、B錯誤； 若粒子沿軌跡射出，粒子受電場力、洛倫茲力，不可能做勻速圓周運動，故C錯誤； 若粒子沿軌跡射出，如果粒子帶負電，所受電場力向上，洛倫茲力向下，電場力做負功，粒子的電勢能增大，故D正確.,
11、2.磁流體發(fā)電機 (1)原理：如圖9所示，等離子體噴入磁場，正、負離子在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而聚集在B、A板上，產(chǎn)生電勢差，它可以把離子的動能通過磁場轉(zhuǎn)化為電能.,圖9,(2)電源正、負極判斷：根據(jù)左手定則可判斷出圖中的B是發(fā)電機的正極. (3)設A、B平行金屬板的面積為S，兩極板間的距離為l，磁場磁感應強度為B，等離子氣體的電阻率為，噴入氣體的速度為v，板外電阻為R. 電源電動勢U：當正、負離子所受電場力和洛倫茲力平衡時，兩極板間達到的最大電勢差為U(即電源電動勢)，則q qvB，即UBlv.,例4(2018浙江11月選考10)磁流體發(fā)電的原理如圖10所示，將一束速度為v的等離子體垂直于
12、磁場方向噴入磁感應強度為B的勻強磁場中，在相距為d、寬為a、長為b的兩平行金屬板間便產(chǎn)生電壓.如果把上、下板和電阻R連接，上、下板就是一個直流電源的兩極，若穩(wěn)定時等離子體在兩板間均勻分布，電阻率為，忽略邊緣效應，下列判斷正確的是 A.上板為正極，電流I B.上板為負極，電流I C.下極為正極，電流I D.下板為負極，電流I,圖10,,答案,3.電磁流量計 (1)流量(Q)的定義：單位時間流過導管某一截面的導電液體的體積. (2)公式：QSv；S為導管的橫截面積，v是導電液體的流速. (3)導電液體的流速(v)的計算 如圖11所示，一圓形導管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導電的液體向右流
13、動.導電液體中的自由電荷(正、負離子)在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使a、b間出現(xiàn)電勢差，當自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時，a、b間的電勢差(U)達到最大，由q qvB，可得v .,圖11,(5)電勢高低的判斷：根據(jù)左手定則可得ab.,例5為監(jiān)測某化工廠的含有離子的污水排放情況，技術人員在排污管中安裝了監(jiān)測裝置，該裝置的核心部分是一個用絕緣材料制成的空腔，其寬和高分別為b和c，左、右兩端開口與排污管相連，如圖12所示.在垂直于上、下底面方向加磁感應強度大小為B的勻強磁場，在空腔前、后兩個側(cè)面上各有長為a的相互平行且正對的電極M和N，M、N與內(nèi)阻為R的電流表相連.污水從左向右流經(jīng)該裝置時，電流
14、表將顯示出污水排放情況.下列說法中錯誤的是 A.N板帶正電，M板帶負電 B.污水中離子濃度越高，則電流表的示數(shù)越小 C.污水流量越大，則電流表的示數(shù)越大 D.若只增大所加磁場的磁感應強度，則電流表的示數(shù)也增大,圖12,,答案,4.霍爾效應的原理和分析 (1)定義：高為h、寬為d的導體(自由電荷是電子或正電荷)置于勻強磁場B中，當電流通過導體時，在導體的上表面A和下表面A之間產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應，此電壓稱為霍爾電壓. (2)電勢高低的判斷：如圖13，導體中的電流I向右時，根據(jù)左手定則可得，若自由電荷是電子，則下表面A的電勢高.若自由電荷是正電荷，則下表面A的電勢低.,圖13,返回,答
15、案,例6如圖14所示，厚度為h、寬度為d的金屬導體，當磁場方向與電流方向垂直時，在導體上、下表面會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應.下列說法正確的是 A.上表面的電勢高于下表面的電勢 B.僅增大h時，上、下表面的電勢差增大 C.僅增大d時，上、下表面的電勢差減小 D.僅增大電流I時，上、下表面的電勢差減小,圖14,,返回,解析因電流方向向右，則金屬導體中的自由電子是向左運動的，根據(jù)左手定則可知上表面帶負電，則上表面的電勢低于下表面的電勢，A錯誤；,,課時作業(yè),,,,1.(2018湖州市三縣期中)如圖1所示，在豎直面內(nèi)虛線所圍的區(qū)域里，存在電場強度為E的勻強電場和磁感應強度為B的勻強磁場.已知從
16、左側(cè)沿水平方向射入的電子穿過該區(qū)域時未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，設其重力可以忽略不計，則在該區(qū)域中的E和B的方向不可能是 A.E豎直向下，B豎直向上 B.E豎直向上，B垂直紙面向外 C.E和B都沿水平方向，并與電子運動的方向相同 D.E和B都沿水平方向，并與電子運動的方向相反,,圖1,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,2.(多選)如圖2所示，a、b是一對平行金屬板，分別接到直流電源的兩極上，使a、b兩板間產(chǎn)生勻強電場E，右邊有一塊擋板，正中間開有一小孔d，在較大空間范圍內(nèi)存在著勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向里.從兩板左側(cè)中點c處射入一束正離子(不計重力)，這些正離子都沿直線運動到右側(cè)，從
17、d孔射出后分成三束，則下列判斷正確的是 A.這三束正離子的速度一定不相同 B.這三束正離子的比荷一定不相同 C.a、b兩板間的勻強電場方向一定由a指向b D.若這三束離子改為帶負電而其他條件不變，則仍能從d孔射出,,答案,圖2,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析因為三束正離子在兩極板間都是沿直線運動的，電場力等于洛倫茲力，即qEqvB，可以判斷三束正離子的速度一定相同，且電場方向一定由a指向b，A錯誤，C正確； 在右側(cè)磁場中三束正離子運動軌跡半徑不同，可知這三束正離子的比荷一定不相同，B正確； 若將這三束離子改為帶負電，而其他條件不變的情況下分析受力可知，三束離子在兩板間仍做勻
18、速直線運動，仍能從d孔射出，D正確.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,3.(2018新力量聯(lián)盟期末)如圖3是質(zhì)譜儀工作原理的示意圖.帶電粒子a、b經(jīng)電壓U加速(在A點初速度為零)后，進入磁感應強度為B的勻強磁場做勻速圓周運動，最后分別打在感光板S上的x1、x2處.圖中半圓形的虛線分別表示帶電粒子a、b所通過的路徑，則 A.若a與b有相同的質(zhì)量，打在感光板上時，b的速度 比a大 B.若a與b有相同的質(zhì)量，則a的電荷量比b的電荷量小 C.若a與b有相同的電荷量，則a的質(zhì)量比b的質(zhì)量大 D.若a與b有相同的電荷量，則a的質(zhì)量比b的質(zhì)量小,圖3,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,
19、4.(多選)如圖4是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖.帶電粒子被加速電場加速后，進入速度選擇器.速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場的磁感應強度和勻強電場的電場強度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有磁感應強度為B0的勻強磁場.下列表述正確的是 A.質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 B.速度選擇器中的磁場方向垂直于紙面向外 C.能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于 D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小,圖4,,答案,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具，A正確. 在速度選擇器中，帶電粒子所受電場力和洛倫茲力應等
20、大反向，由粒子在勻強磁場B0中的運動軌跡知粒子帶正電，結(jié)合左手定則可知，B正確.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,5.如圖5甲所示是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，其核心部分是兩個D形金屬盒，在加速帶電粒子時，兩金屬盒置于勻強磁場中，兩盒分別與高頻電源相連.帶電粒子在磁場中運動的動能Ek隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示.忽略帶電粒子在電場中的加速時間，則下列 判斷中正確的是 A.在Ekt圖象中應有t4t3
21、1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的周期與速度大小無關，因此，在Ekt圖中應有，t4t3t3t2t2t1，A錯誤；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,6.如圖6所示為磁流體發(fā)電機的示意圖，一束等離子體(含正、負離子)沿圖示方向垂直射入一對磁極產(chǎn)生的勻強磁場中，A、B是一對平行于磁場放置的金屬板，板間連入電阻R，則電路穩(wěn)定后 A.離子可能向N磁極偏轉(zhuǎn) B.A板聚集正電荷 C.R中有向上的電流 D.離子在磁場中偏轉(zhuǎn)時洛倫茲力可能做功,圖6,,答案,解析由左手定則知，正離子向B板偏轉(zhuǎn)，負離子向A板偏轉(zhuǎn)，離子不可能向N磁極偏轉(zhuǎn)，A、B錯誤； 電路穩(wěn)
22、定后，電阻R中有向上的電流，C正確； 因為洛倫茲力的方向始終與速度方向垂直，所以洛倫茲力不可能做功，D錯誤.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,7.(2018溫州市六校期末)霍爾元件在電子線路中的應用日益廣泛，如圖7是某個霍爾元件接到電路中時的示意圖，其中a面為上表面，b面為下表面，c面為前表面，d面為后表面，所加磁場方向為垂直于a面向下.考慮到霍爾元件有兩類，設A類的載流子(即用來導電的自由電荷)為正電荷，B類的載流子 為負電荷，當通以從左到右的電流時，下列說法中正確的是 A.在剛開始通電的很短時間內(nèi)，若是A類元件， 則載流子向c面偏轉(zhuǎn) B.在剛開始通電的很短時間內(nèi)，若是B類元件，
23、則載流子向c面偏轉(zhuǎn) C.通電一段時間后，若是A類元件，則c面電勢較高 D.通電一段時間后，若是B類元件，則c面電勢較高,圖7,,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,8.醫(yī)生做某些特殊手術時，利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度.電磁血流計由一對電極a和b以及磁極N和S構成，磁極間的磁場是均勻的.使用時，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖8所示.由于血液中的正、負離子隨血液一起在磁場中運動，電極a、b之間會有微小電勢差.在達到平衡時，血管內(nèi)部的電場可看做是勻強電場，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零.在某次監(jiān)測中，兩觸點間的距離為3
24、.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點間的電勢差為160 V，磁 感應強度的大小為0.040 T.則血流速度的近似值和電極a、 b的正負為 A.1.3 m/s，a正、 b負B.2.7 m/s，a正、b負 C.1.3 m/s，a負、b正D.2.7 m/s，a負、b正,圖8,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,9.回旋加速器是現(xiàn)代高能物理研究中用來加速帶電粒子的常用裝置.圖9甲為回旋加速器原理示意圖，置于高真空中的兩個半徑為R的D形金屬盒，盒內(nèi)存在與盒面垂直的磁感應強度為B的勻強磁場.兩盒間的距離很小，帶電粒子穿過的時間極短可以忽略不計.位于D形盒中心A處的粒子源能產(chǎn)生質(zhì)量為m、電荷量為q
25、的帶正電粒子，粒子的初速度可以忽略.粒子通過兩盒間被加速，經(jīng)狹縫進入盒內(nèi)磁場.兩盒間的加速電壓按圖乙所示的余弦規(guī)律變化，其最大值為U0.加,圖9,速過程中不考慮相對論效應和重力作用.已知t00時刻產(chǎn)生的粒子每次通過狹縫都能被最大電壓加速.求：,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,(1)兩盒間所加交變電壓的最大周期T0；,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析設粒子在某次被加速后的速度為v，則它在勻強磁場中做半徑為r的圓周運動時：,要保證t00時刻產(chǎn)生的粒子每次通過狹縫都能被最大電壓加速，粒子做圓周運動的周期與加速電壓的最大周期相同，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10
26、,(2)t00時刻產(chǎn)生的粒子第1次和第2次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后的軌道半徑之比.,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析設t00時刻兩盒間的電壓為U0，此時刻產(chǎn)生的粒子第1次經(jīng)過狹縫后的速度為v1，半徑為r1,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,10.(2018浙江4月選考22)壓力波測量儀可將待測壓力波轉(zhuǎn)換成電壓信號，其原理如圖10甲所示.壓力波p(t)進入彈性盒后，通過與鉸鏈O相連的“”型輕桿L，驅(qū)動桿端頭A處的微型霍爾片在磁場中沿x軸方向做微小振動，其位移x與壓力p成正比(xp，0).霍爾片的放大圖如圖所示，它由長寬厚abd、單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n的N型半導體制成.磁
27、場方向垂直于x軸向上，磁感應強度大小為BB0(1|x|)，0.無壓力波輸入時，霍爾片靜止在x0處，此時給霍爾片通以沿C1C2方向的電流I，則在側(cè)面上D1、D2兩點間產(chǎn)生霍爾電壓U0.,圖10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析N型半導體可以自由移動的是電子(題目也給出了自由電子)，根據(jù)左手定則可以知道電子往D2點移動，因此D1點電勢高.,(1)指出D1、D2兩點哪點電勢高；,答案,答案D1點電勢高,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,(2)推導出U0與I、B0之間的關系式(提示：電流I與自由電子定向移動速率v之間關系為Inevbd，其中e為 電子電荷量)；,答案,1,2,3,
28、4,5,6,7,8,9,10,(3)彈性盒中輸入壓力波p(t)，霍爾片中通以相同電流，測得霍爾電壓UH隨時間t變化圖象如圖乙.忽略霍爾片在磁場中運動產(chǎn)生的電動勢和阻尼，求壓力波的振幅和頻率.(結(jié)果用U0、U1、t0、及表示),答案,返回,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,根據(jù)圖象可知壓力波p(t)關于時間t是一個正弦函數(shù)，其絕對值的周期是原函數(shù)周期的一半，根據(jù)圖象可知|p(t)|關于t的周期是t0，則p(t)關于t的周期是2t0，頻率自然就是 ；由式可知當壓力波p(t)達到振幅A時，UH最小，為U1，代入式可得：,解析由任意時刻霍爾元件內(nèi)部電子受的洛倫茲力和電場力平衡得：,返回,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,
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