《 備考指南 物理 》課件-第9章 能力課

磁場第九章能力課帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)欄目導(dǎo)航01知識(shí)梳理查漏03配套訓(xùn)練02題點(diǎn)

各個(gè)擊破知識(shí)梳理查漏11．復(fù)合場(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；或在同一區(qū)域，電場、磁場________出現(xiàn)．復(fù)合場知識(shí)一磁場交替2．常見的運(yùn)動(dòng)情況(1)帶電粒子在復(fù)合場中所受的合外力為零時(shí)，粒子將處于________狀態(tài)或做____________運(yùn)動(dòng)．(2)當(dāng)帶電粒子所受的合外力時(shí)刻指向某個(gè)點(diǎn)并充當(dāng)向心力且合外力大小不變時(shí)，粒子將做____________運(yùn)動(dòng)(如電場力和重力相平衡，洛倫茲力提供向心力)．(3)當(dāng)帶電粒子所受的合外力大小、方向均不斷發(fā)生變化時(shí)，則粒子將做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)．(4)帶電粒子在絕緣桿或者絕緣斜面的束縛下的運(yùn)動(dòng)．靜止勻速直線勻速圓周【自測1】(2022年咸陽模擬)如圖所示，在MN、PQ間同時(shí)存在勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，磁場方向垂直紙面向外，電場在圖中沒有標(biāo)出．一帶電小球從a點(diǎn)射入場區(qū)，并在豎直面內(nèi)沿直線運(yùn)動(dòng)至b點(diǎn)．則小球

(

)A．一定帶正電B．受到電場力的方向一定水平向右C．從a到b過程中克服電場力做功D．從a到b過程中可能做勻加速運(yùn)動(dòng)【答案】C【解析】如圖所示，因重力的方向和磁場方向已確定，若小球帶正電，則根據(jù)左手定則可知洛倫茲力的方向．要使小球做直線運(yùn)動(dòng)，則電場力與重力及洛倫茲力應(yīng)平衡．若帶負(fù)電，三者仍能平衡，故A、B錯(cuò)誤．從圖中可知，電場力總是做負(fù)功，故C正確．根據(jù)題意可知，小球做直線運(yùn)動(dòng)，由于洛倫茲力與速度的關(guān)系，可確定小球一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤．1．質(zhì)譜儀(1)構(gòu)造：如圖所示，由粒子源、__________、__________和照相底片等構(gòu)成．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例知識(shí)二加速電場偏轉(zhuǎn)磁場(2)原理：粒子由靜止被加速電場加速，根據(jù)動(dòng)能定理可得關(guān)系式qU＝________.粒子在磁場中受洛倫茲力作用而偏轉(zhuǎn)，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律得關(guān)系式qvB＝________.由兩式可得出需要研究的物理量，如粒子軌道半徑、粒子質(zhì)量、比荷．2．回旋加速器(1)構(gòu)造：如圖所示，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒的縫隙處接________電源．D形盒處于勻強(qiáng)磁場中．交流相等磁感應(yīng)強(qiáng)度B

半徑R

無關(guān)小惑易解這兩個(gè)實(shí)例都應(yīng)用了帶電粒子在電場中加速，在磁場中偏轉(zhuǎn)(勻速圓周運(yùn)動(dòng))的原理．(電場加速，磁場偏轉(zhuǎn))非磁性材料qE

4．霍爾效應(yīng)在勻強(qiáng)磁場中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體．當(dāng)_____________與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了________，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢差稱為霍爾電勢差．其原理如圖所示．磁場方向電勢差5．磁流體發(fā)電機(jī)(1)磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把_______直接轉(zhuǎn)化為電能．(2)根據(jù)左手定則，圖中的B是發(fā)電機(jī)的________．內(nèi)能正極BLv

6．速度選擇器(1)構(gòu)造：如圖所示，平行板中電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相________，這種裝置能把具有一定________的粒子選擇出來，所以叫速度選擇器．

垂直速度Eq＝qvB

【自測2】(2022年淄博名校模擬)如圖所示的速度選擇器中有正交的電場和磁場．有一粒子沿垂直于電場和磁場的方向飛入其中，并沿直線運(yùn)動(dòng)(不考慮重力作用)．則此粒子

(

)A．一定帶正電B．一定帶負(fù)電C．可能帶正電或負(fù)電，也可能不帶電D．一定不帶電【答案】C題點(diǎn)各個(gè)擊破21．帶電粒子在疊加場中無約束情況下的運(yùn)動(dòng)情況(1)磁場力、重力并存．①若重力和洛倫茲力平衡，則帶電粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)．②若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電粒子將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，因洛倫茲力不做功，故機(jī)械能守恒．命題點(diǎn)一帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)[師生共研類](2)電場力、磁場力并存(不計(jì)重力的微觀粒子)．①若電場力和洛倫茲力平衡，則帶電粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)．②若電場力和洛倫茲力不平衡，則帶電粒子將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)．因洛倫茲力不做功，可用動(dòng)能定理求解．(3)電場力、磁場力、重力并存．①若三力平衡，一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止．②若重力與電場力平衡，一定做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．③若合力不為零且與速度方向不垂直，將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)．因洛倫茲力不做功，可用能量守恒定律或動(dòng)能定理求解問題．2．帶電粒子在復(fù)合場中有約束情況下的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在復(fù)合場中受輕桿、輕繩、圓環(huán)、軌道等約束的情況下，常見的運(yùn)動(dòng)形式有直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)．此時(shí)解題要通過受力分析明確變力、恒力做功情況，并注意洛倫茲力不做功的特點(diǎn)，運(yùn)用動(dòng)能定理、能量守恒定律結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律求出結(jié)果．例1如圖所示，空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，電場方向豎直向上(與紙面平行)，磁場方向垂直于紙面向里，三個(gè)帶正電的微粒a、b、c電荷量相等，質(zhì)量分別為ma、mb、mc，已知在該區(qū)域內(nèi)，a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)．下列選項(xiàng)正確的是

(

)A．ma＞mb＞mc

B．mb＞ma＞mcC．mc＞ma＞mb

D．mc＞mb＞ma【答案】B【解析】設(shè)三個(gè)微粒的電荷量均為q，a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，說明洛倫茲力提供向心力，重力與電場力平衡，則mag＝qE；

①b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，三力平衡，則mbg＝qE＋qvB；

②c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)，三力平衡，則mcg＋qvB＝qE. ③比較①②③式得mb>ma>mc，B正確．1．(2022年開封模擬)如圖所示，空間存在垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場和水平向左、場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場．有一質(zhì)量為m、電荷量大小為q的微粒垂直于磁場且以與水平方向成45°角的速度v做直線運(yùn)動(dòng)．重力加速度為g.則下列說法正確的是 (

)A．微?？赡茏鰟蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng)B．微?？赡苤皇軆蓚€(gè)力作用【答案】D2．(2020年全國卷Ⅱ)CT掃描是計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描技術(shù)的簡稱，CT掃描機(jī)可用于對(duì)多種病情的探測．圖甲是某種CT機(jī)主要部分的剖面圖，其中X射線發(fā)生部分的示意圖如圖乙所示．圖乙中M、N之間有一電子束的加速電場，虛線框內(nèi)有勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)磁場．經(jīng)調(diào)節(jié)后電子束從靜止開始沿帶箭頭的實(shí)線所示的方向前進(jìn)，打到靶上，產(chǎn)生X射線(如圖中帶箭頭的虛線所示)．將電子束打到靶上的點(diǎn)記為P點(diǎn)．則 (

)A．M處的電勢高于N處的電勢B．增大M、N之間的加速電壓可使P點(diǎn)左移C．偏轉(zhuǎn)磁場的方向垂直于紙面向外D．增大偏轉(zhuǎn)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小可使P點(diǎn)左移【答案】D帶電粒子在組合場中運(yùn)動(dòng)問題的思路和方法命題點(diǎn)二質(zhì)譜儀和回旋加速器[師生共研類]例2如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖．帶電粒子被加速電場加速后進(jìn)入速度選擇器．速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)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下方有強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場．下列表述不正確的是 (

)【答案】D1．(多選)日本福島核電站的核泄漏事故使碘的同位素碘131被更多的人所了解．利用質(zhì)譜儀可分析碘的各種同位素．如圖所示，電荷量均為＋q的碘－131和碘－127質(zhì)量分別為m1和m2，它們從容器A下方的小孔S1進(jìn)入電壓為U的加速電場(入場速度忽略不計(jì))，經(jīng)電場加速后從S2小孔射出，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，最后打到照相底片上．下列說法正確的是 (

)【答案】BD2．(多選)(2021年煙臺(tái)模擬)如圖是回旋加速器的示意圖．其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，分別與高頻交流電源正負(fù)極連接，在兩個(gè)D形金屬盒間的狹縫中形成周期性變化的電場使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速．兩個(gè)D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中．下列說法正確的是

(

)A．加速電壓越大，粒子最終射出時(shí)獲得的動(dòng)能就越大B．粒子射出時(shí)的最大動(dòng)能與加速電壓無關(guān)，與D形金屬盒的半徑和磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)【答案】BC例3

(2021年河北卷)如圖，距離為d的兩平行金屬板P、Q之間有一勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1.一束速度大小為v的等離子體垂直于磁場噴入板間，相距為L的兩光滑平行金屬導(dǎo)軌固定在與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場(圖中未畫出)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2，導(dǎo)軌平面與水平面夾角為θ，兩導(dǎo)軌分別與P、Q相連，質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒ab

垂直導(dǎo)軌放置，恰好靜止．重力加速度為g，不計(jì)導(dǎo)軌電阻、板間電阻和等離子體中的粒子重力．下列說法正確的是 (

)命題點(diǎn)三考查電磁流量計(jì)、磁流體發(fā)電機(jī)等新科技知識(shí)[師生共研類]【答案】B1．(2022年浙江名校期末)目前世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)，它可以把氣體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，如圖所示為它的發(fā)電原理圖．將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負(fù)電的粒子，從整體上來說呈電中性)噴射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，磁場中有兩塊面積為S、相距為d的平行金屬板與外電阻R相連構(gòu)成一電路．設(shè)氣流的速度為v，氣體的電導(dǎo)率(電阻率的倒數(shù))為g.則流過外電阻R的電流強(qiáng)度I及電流方向?yàn)?/p>

(

)【答案】B2．(多選)(2021年啟東月考)某省啟動(dòng)“263”專項(xiàng)行動(dòng)打響碧水藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)．暗訪組在某化工廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計(jì)，測量管由絕緣材料制成，其長為L、直徑為D，左右兩端開口，勻強(qiáng)磁場方向