《2020版高考物理大一輪復習 第九章 專題強化十 帶電粒子在復合場中運動的實例分析課件 教科版.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2020版高考物理大一輪復習 第九章 專題強化十 帶電粒子在復合場中運動的實例分析課件 教科版.ppt（60頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、,大一輪復習講義,,第九章磁場,專題強化十帶電粒子在復合場中運動的實例分析,專題解讀,1.本專題是磁場、力學、電場等知識的綜合應用，高考往往以計算壓軸題的形式出現(xiàn). 2.學習本專題，可以培養(yǎng)同學們的審題能力、推理能力和規(guī)范表達能力.針對性的專題訓練，可以提高同學們解決難題壓軸題的信心. 3.用到的知識有：動力學觀點(牛頓運動定律)、運動學觀點、能量觀點(動能定理、能量守恒定律)、電場的觀點(類平拋運動的規(guī)律)、磁場的觀點(帶電粒子在磁場中運動的規(guī)律).,,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
2、 練規(guī)范 練速度,,過好雙基關,,,,一、帶電粒子在復合場中的運動,,,1.復合場與組合場 (1)復合場：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，或在同一區(qū)域，電場、磁場分時間段或分區(qū)域 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.,磁場,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
3、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，其運動過程由幾種不同的 組成.,相等,相反,勻速圓周,非勻,運動階段,,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,,,勻速直線,qvB,電勢差,,研透命題點,,,1.作用 測量帶電粒子質量和分離同位素的儀器. 2.原理(如圖1所示),,,,命題點一質譜儀的原理和分析,圖1,例1一臺質譜儀的工作原理如圖2所示.大量的帶電荷量為q、質量為2m的離子
4、飄入電壓為U0的加速電場，其初速度忽略不計，經(jīng)加速后，通過寬為L的狹縫MN沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場中，最后打到照相底片上.圖中虛線為經(jīng)過狹縫左、右邊界M、N時離子的運動軌跡.不考慮離子間的相互作用. (1)求離子打在底片上的位置到N點的最小距離x；,圖2,解析設離子在磁場中的運動半徑為r1，,根據(jù)幾何關系x2r1L，,(2)在圖中用斜線標出磁場中離子經(jīng)過的區(qū)域，并求該區(qū)域最窄處的寬度d.,解析如圖所示，最窄處位于過兩虛線交點的垂線上,變式1(2016全國卷15)現(xiàn)代質譜儀可用來分析比質子重很多倍的離子，其示意圖如圖3所示，其中加速電壓恒定.質子在入口處從靜止開始被加速電
5、場加速，經(jīng)勻強磁場偏轉后從出口離開磁場.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.此離子和質子的質量比約為 A.11 B.12 C.121 D.144,,圖3,由題意可知，該離子與質子在磁場中具有相同的軌道半徑和電荷量，,,,,命題點二回旋加速器的原理和分析,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.,圖4,2.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.,例2(2018山東省泰安市上學期期末)回旋加速器的工
6、作原理如圖5所示，置于真空中的兩個D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可以忽略不計.磁感應強度為B的勻強磁場與盒面垂直. 設兩D形盒之間所加的交流電壓為U，被加速的粒子質量為m、電荷量為q，粒子從D形盒一側開始被加速(初動能可以忽略)，經(jīng)若干次加速后粒子從D形盒邊緣射出.求： (1)粒子從靜止開始第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫加速后 的速度大?。?圖5,(2)粒子第一次進入D形盒磁場中做圓周運動的軌道半徑；,(3)粒子至少經(jīng)過多少次加速才能從回旋加速器D形盒射出.,解析若粒子從回旋加速器D形盒射出，則粒子做圓周運動的軌道半徑為R，設此時速度為vn,粒子每經(jīng)過一次加速動能增加qU，
7、設經(jīng)過n次加速粒子射出，則nqUEk，,變式2(2018湖南省常德市期末檢測)某種回旋加速器的設計方案如圖6甲所示，圖中粗黑線段為兩個正對的極板，兩個極板的板面中部各有一狹縫(沿OP方向的狹長區(qū)域)，帶電粒子可通過狹縫穿越極板(如圖乙所示)，當帶電粒子每次進入兩極板間時，板間電勢差為U(下極板電勢高于上極板電勢)，當粒子離開兩極板后，極板間電勢差為零；兩細虛線間(除開兩極板之間的區(qū)域)既無電場也無磁場；其他部分存在勻強磁場，磁感應強度方向垂直紙面.在離子源S中產(chǎn)生的質量為m、電荷量為q(q0) 的離子，由靜止開始被電場加速，經(jīng)狹縫中的O點進入磁場區(qū)域，O點到極板右端的,距離為D，到出射孔P的距
8、離為4D，已知磁感應強度大小可以調(diào)節(jié)，離子從離子源上方的O點射入磁場區(qū)域，最終只能從出射孔P射出，假設離子打到器壁或離子源外壁則即被吸收.忽略相對論效應，不計離子重力，求：,圖6,(1)離子從出射孔P射出時磁感應強度的最小值；,若離子從O點射出后只運動半個圓周即從孔P射出，有：r2D,答案64qU,分析可知離子在磁場中運動半圈后將穿過上極板進入電場區(qū)域做減速運動，速度減到零后又重新反向加速至進入時的速率，從進入處再回到磁場區(qū)域，因為r1 ，這樣的過程將進行2次.,由幾何關系可知，離子將在距P點 的位置經(jīng)電場加速進入磁場繞過兩極板右端從下極板進入電場區(qū)域再次被加速，半徑不斷增大，但每次從下極板
9、進入電場的位置相同，經(jīng)過多次加速后離子從孔P射出時的半徑滿足rn ，,,,,命題點三電場與磁場疊加的應用實例分析,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) (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、質量. (4)速度選擇器具有單向性.,圖7,例3如圖8所示是一速度選擇器，當粒子速度滿足v0 時，粒子沿圖中虛線水平射出；若某一粒子以速度v射入該速度選擇器后，運動軌跡為圖中實線，則關于該粒子的說法
10、正確的是,圖8,C.粒子射出時的速度一定大于射入速度 D.粒子射出時的速度一定小于射入速度,,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)生偏轉而聚集在A、B板上，產(chǎn)生電勢差，它可以把離子的動能通過磁場轉化為電能. (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.,圖9,(3)電源電動勢U：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，等離子體的電阻率為，噴入氣體的速度為v，板外電阻為R.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 qvB，即UBlv.,例
11、4(多選)如圖10所示是磁流體發(fā)電機的示意圖，兩平行金屬板P、Q之間有一個很強的磁場.一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正、負帶電粒子)沿垂直于磁場的方向噴入磁場.把P、Q與電阻R相連接.下列說法正確的是 A.Q板的電勢高于P板的電勢 B.R中有由a向b方向的電流 C.若只改變磁場強弱，R中電流保持不變 D.若只增大粒子入射速度，R中電流增大,,圖10,,解析等離子體進入磁場，根據(jù)左手定則，正離子向上偏，打在上極板上，負離子向下偏，打在下極板上，所以上極板帶正電，下極板帶負電，則P板的電勢高于Q板的電勢，流過電阻R的電流方向由a到b，故A錯誤，B正確；,由上分析可知，若只增大粒子的入射
12、速度，R中電流會增大，故D正確.,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，一圓柱形導管直徑為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，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,(5)電勢高低的判斷：根據(jù)左手定則可得ab.,圖11,例5(2018山東省淄博一中三模)為監(jiān)測某化工廠的污水排放量，技術人員在該廠的排污管末端安裝了如圖12所示的長方體流
13、量計.該裝置由絕緣材料制成，其長、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口.在垂直于上下底面方向加一勻強磁場，前后兩個內(nèi)側面分別固定有金屬板作為電極.污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時，接在M、N兩端間的電壓表將顯示兩個電極間的電壓U.若用Q表示污水流量(單位時間內(nèi)排出的污水體積)，下列說法中正確的是 A.M端的電勢比N端的高 B.電壓表的示數(shù)U與a和b均成正比，與c無關 C.電壓表的示數(shù)U與污水的流量Q成正比 D.若污水中正、負離子數(shù)相同，則電壓表的示數(shù)為0,圖12,,解析根據(jù)左手定則知，正離子所受的洛倫茲力方向向里，則向里偏轉，N端帶正電，M端帶負電，則M端的電勢比N端電勢低，故A錯誤； 最終離
14、子在電場力和洛倫茲力作用下平衡，有：qvB ，解得UvBb，電壓表的示數(shù)U與b成正比，與污水中正、負離子數(shù)無關，故B、D錯誤；,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,例6(多選)(2018華南師大附中三模)利用霍爾效應制作的霍爾元件，廣泛應用于測量和自動控制等領域.如圖1
15、4所示是霍爾元件的工作原理示意圖，磁感應強度B 垂直于霍爾元件的工作面向下，當元件中通入圖示方向的電流I 時，C、D 兩側面會形成一定的電勢差U.下列說法中正確的是 A.若C側面電勢高于D側面，則元件中形成電流的載流子帶負電,圖14,B.若C側面電勢高于D側面，則元件中形成電流的載 流子帶正電 C.在地球南、北極上方測地磁場強弱時，元件工作 面豎直放置時U最大 D.在地球赤道上方測地磁場強弱時，元件工作面豎 直放置且與地球經(jīng)線垂直時，U最大,,,解析若元件的載流子帶負電，由左手定則可知，載流子受到的洛倫茲力方向向D側面偏，則C側面的電勢高于D側面的電勢，故A正確； 若元件的載流子帶正電，
16、由左手定則可知，載流子受到的洛倫茲力方向向D側面偏，則D側面的電勢高于C側面的電勢，故B錯誤； 在測地球南、北極上方的地磁場強弱時，因磁場方向豎直，則元件的工作面保持水平時U最大，故C錯誤； 地球赤道上方的地磁場方向水平，在測地球赤道上方的地磁場強弱時，元件的工作面應保持豎直，當與地球經(jīng)線垂直時U最大，故D正確.,,課時作業(yè),,,1.在如圖1所示的平行板器件中，電場強度E和磁感應強度B相互垂直.一帶電粒子(重力不計)從左端以速度v沿虛線射入后做直線運動，則該粒子 A.一定帶正電 B.速度v C.若速度v ，粒子一定不能從板間射出 D.若此粒子從右端沿虛線方向進入，仍做直線運動,,,,雙基鞏固練
17、,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,圖1,1,2,3,4,5,6,7,8,9,解析粒子帶正電和負電均可，選項A錯誤； 由洛倫茲力等于電場力，可得qvBqE，解得速度v ，選項B正確； 若速度v ，粒子可能從板間射出，選項C錯誤； 若此粒子從右端沿虛線方向進入，所受電場力和洛倫茲力方向相同，不能做直線運動，選項D錯誤.,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(場強大小為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.從兩板左側中點c處射入一束正離子(不計重力)，這些正
18、離子都沿直線運動到右側，從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,1,2,3,4,5,6,7,8,9,,圖2,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,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，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
19、況下分析受力可知，三束離子在兩板間仍做勻速直線運動，仍能從d孔射出，D正確.,3.(2018山東省濟寧市模擬)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3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，電流表將顯示出污水排放情況.下列說法中錯誤的是 A.M板比N板電勢低 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
20、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,1,2,3,4,5,6,7,8,9,,圖3,解析污水從左向右流動時，根據(jù)左手定則，正、負離子在洛倫茲力作用下分別向N板和M板偏轉，故N板帶正電，M板帶負電，A正確.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,4.(多選)如圖4是質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和勻強電場的強度分別為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
21、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,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,解析質譜儀是分析同位素的重要工具，A正確； 帶電粒子在速度選擇器中沿直線運動時，所受電場力和洛倫茲力應等大反向，結合左手定則可知B正確；,5.(多選)(2018甘肅省蘭州市三診)如圖5所示為磁流體發(fā)電機的原理圖，將一束等離子體(帶有等量正、負離子的高速離子流)噴射入磁場，在磁場中有兩塊金屬板A、B，這時金屬板上就會聚集電荷，產(chǎn)生電壓.如果射入的等離子體速度為v，兩金屬板間距離d，板的正對面積為S，勻強磁場
22、的磁感應強度為B，方向與速度方向垂直，負載電阻為R.當發(fā)電機穩(wěn)定發(fā)電時電動勢為E，電流為I，則下列說法正確的是 A.A板為發(fā)電機的正極 B.其他條件一定時，v越大，發(fā)電機的電動勢E越大 C.其他條件一定時，S越大，發(fā)電機的電動勢E越大,圖5,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,,6.如圖6所示為回旋加速器的示意圖.兩個靠得很近的D形金屬盒處在與盒面垂直的勻強磁場中，一質子從加速器的A處開始加速.已知D形盒的半徑為R，磁場的磁感應強度為B，高頻交變電源的電壓為U、頻率為f，質子質量為m，電荷量為q.下列說法錯誤的是 A.質子的最大速度不超過2Rf,圖6,1,2,3,4,5,6,7,8,9,C.
23、質子的最大動能與電壓U無關 D.只增大磁感應強度B，可減小質子的最大動能,,7.(多選)如圖7所示為一種質譜儀的示意圖，由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成.若靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場，在中心線處的電場強度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強磁場，磁感應強度大小為B、方向垂直于紙面向外.一質量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿中心線通過靜電分析器，由P點垂直邊界進入磁分析器，最終打到膠片上的Q點.不計粒子重力.下列說法正確的是 A.極板M比極板N的電勢高 B.加速電場的電壓UER C.直徑PQ2B D.若一群粒子從靜止開始經(jīng)過題述過程都落在膠 片
24、上的同一點，則該群粒子具有相同的比荷,1,2,3,4,5,6,7,8,9,圖7,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,解析粒子在靜電分析器內(nèi)沿電場線方向偏轉，說明粒子帶正電荷，極板M比極板N的電勢高，選項A正確；,8.一臺質譜儀的工作原理圖如圖8所示，電荷量均為q、質量不同的離子飄入電壓為U0的加速電場，其初速度幾乎為零.這些離子經(jīng)加速后通過狹縫O沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場，最后打在底片上.已知放置底片的區(qū)域MNL，且OML.某次測量發(fā)現(xiàn)MN中左側 區(qū)域MQ損壞，檢測不到離子，但右側 區(qū)域QN仍能正常 檢測到離子.在適當調(diào)節(jié)加速電壓后，原本 打在MQ區(qū)域的離子即可在QN
25、區(qū)域檢測到. (1)求原本打在MN中點P點的離子質量m；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,圖8,,,,綜合提升練,1,2,3,4,5,6,7,8,9,(2)為使原本打在P點的離子能打在QN區(qū)域，求加速電壓U的調(diào)節(jié)范圍.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,9.(2018福建省龍巖市一模)環(huán)保部門為了監(jiān)測某化肥廠的污水排放量，技術人員在該廠的排污管末端安裝了如圖9所示的流量計.該裝置的外形為一長方體，由絕緣材料制成，長、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口，在垂直于上下表面加磁感應強度為B的勻強磁場，在前后兩個內(nèi)側面固定有金屬板作為電極，電阻率為的污水從左向右勻速流經(jīng)該裝置時，接在兩電極間的
26、理想電壓表顯示兩個電極間的電壓為U，求： (1)該裝置內(nèi)電場場強的大小和方向；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,圖9,解析根據(jù)勻強電場場強的公式得：E ，因為正、負離子在流動時，根據(jù)左手定則可知，正離子受洛倫茲力向后側面偏轉，負離子受洛倫茲力向前側面偏轉，故后側面上帶正電，前側面上帶負電，故后側面電勢比前側面高，故場強的方向指向紙外或由后側面指向前側面,1,2,3,4,5,6,7,8,9,(2)污水的流量Q(單位時間內(nèi)排出的污水體積)；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,解析最終正、負離子在電場力和洛倫茲力的作用下處于平衡，有：EqqvB 又QvSvcb,(3)若從兩個電極引出兩條導線，導線間接一阻值為R的電阻時理想電壓表的示數(shù).,1,2,3,4,5,6,7,8,9,
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