高考物理一轮复习第8章磁场专题突破带电粒子在复合场中的运动课件.pptx

专题突破带电粒子在复合场中的运动 带电粒子在复合场中运动的实例分析 命题角度1质谱仪的原理和分析 1 作用测量带电粒子质量和分离同位素的仪器 2 原理 如图1所示 图1 图2 答案D 命题角度2回旋加速器的原理和分析 4 回旋加速器的解题思路 1 带电粒子在缝隙的电场中加速 交变电流的周期与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期相等 每经过电场一次 粒子加速一次 2 带电粒子在磁场中偏转 半径不断增大 周期不变 最大动能与D形盒的半径有关 例2 2018 常州模拟 回旋加速器是加速带电粒子的装置 其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒 两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场 使粒子在通过狭缝时都能得到加速 两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中 如图3所示 设D形盒半径为R 若用回旋加速器加速质子时 匀强磁场的磁感应强度为B 高频交流电频率为f 则下列说法正确的是 A 质子被加速后的最大速度不可能超过2 fRB 质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关C 高频电源只能使用矩形交变电流 不能使用正弦式交变电流D 不改变B和f 该回旋加速器也能用于加速 粒子 图3 答案A 1 定义 高为h 宽为d的金属导体 自由电荷是电子 置于匀强磁场B中 当电流通过金属导体时 在金属导体的上表面A和下表面A 之间产生电势差 这种现象称为霍尔效应 此电压称为霍尔电压 2 电势高低的判断 如图4 金属导体中的电流I向右时 根据左手定则可得 下表面A 的电势高 命题角度3霍尔效应的原理和分析 图4 例3 2018 4月浙江选考 22 压力波测量仪可将待测压力波转换成电压信号 其原理如图5所示 压力波p t 进入弹性盒后 通过与铰链O相连的 型轻杆L 驱动杆端头A处的微型霍尔片在磁场中沿x轴方向做微小振动 其位移x与压力p成正比 x p 0 霍尔片的放大图如图6所示 它由长 宽 厚 a b d 单位体积内自由电子数为n的N型半导体制成 磁场方向垂直于x轴向上 磁感应强度大小为B B0 1 x 0 无压力波输入时 霍尔片静止在x 0处 此时给霍尔片通以沿C1C2方向的电流I 则在侧面上D1 D2两点间产生霍尔电压U0 1 指出D1 D2两点哪点电势高 2 推导出U0与I B0之间的关系式 提示 电流I与自由电子定向移动速率v之间关系为I nevbd 其中e为电子电荷量 3 弹性盒中输出压力波p t 霍尔片中通以相同电流 测得霍尔电压UH随时间t变化图象如图7 忽略霍尔片在磁场中运动产生的电动势和阻尼 求压力波的振幅和频率 结果用U0 U1 t0 及 表示 图5图6图7 解析 1 N型半导体可以自由移动的是电子 当然题目也给出了自由电子 根据左手定则可以知道电子往D2端移动 因此D1点电势高 2 根据霍尔元件内部电子受的洛伦兹力和电场力平衡得evB0 eEH U0 EHb 3 由任意时刻霍尔元件内部电子受到的洛伦兹力和电场力平衡得 命题角度4速度选择器 磁流体发电机 例4 2017 11月浙江选考 如图8所示 在两水平金属板构成的器件中 存在着匀强电场与匀强磁场 电场强度E和磁感应强度B相互垂直 以某一水平速度进入的不计重力的带电粒子恰好能沿直线运动 下列说法正确的是 图8 答案C 例5 2018 11月浙江选考 磁流体发电的原理如图9所示 将一束速度为v的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为B的匀强磁场中 在相距为d 宽为a 长为b的两平行金属板间便产生电压 如果把上 下板和电阻R连接 上 下板就是一个直流电源的两极 若稳定时等离子体在两板间均匀分布 电阻率为 忽略边缘效应 下列判断正确的是 图9 答案C 解决实际问题的一般过程 带电粒子在复合场中的运动 带电粒子在组合场中的运动 实际上是几个典型运动过程的组合 如 电场中的加速直线运动 类平抛运动 磁场中的匀速圆周运动 因此解决此类问题要分段处理 解题关键如下 1 找关键点 确定带电粒子在场区边界的速度 包括大小和方向 是解决该类问题的关键 2 画运动轨迹 根据受力情况和运动情况 大致画出粒子的运动轨迹图 有利于形象 直观地解决问题 命题角度1带电粒子在组合场中的运动 图10 1 当区域 加电场 区域 不加磁场时 求能在屏上探测到质子束的外加电场的最大值Emax 2 当区域 不加电场 区域 加磁场时 求能在屏上探测到质子束的外加磁场的最大值Bmax 3 当区域 加电场E小于 1 中的Emax 质子束进入区域 和离开区域 的位置等高 求区域 中的磁场B与区域 中的电场E之间的关系式 解析 1 画出轨迹 如图所示 2 画出轨迹 如图所示 3 画出轨迹 如图所示 5步 突破带电粒子在组合场中的运动问题 1 磁场力 重力并存 1 若重力和洛伦兹力平衡 则带电体做匀速直线运动 2 若重力和洛伦兹力不平衡 则带电体将做复杂的曲线运动 因洛伦兹力不做功 故机械能守恒 2 电场力 磁场力并存 不计重力 1 若电场力和洛伦兹力平衡 则带电体做匀速直线运动 2 若电场力和洛伦兹力不平衡 则带电体做复杂的曲线运动 可用动能定理求解 命题角度2带电粒子在叠加场中的运动 3 电场力 磁场力 重力并存 1 若三力平衡 带电体做匀速直线运动 2 若重力与电场力平衡 带电体做匀速圆周运动 3 若合力不为零 带电体可能做复杂的曲线运动 可用能量守恒定律或动能定理求解 例7 平面OM和水平面ON之间的夹角为30 其横截面如图11所示 平面OM和水平面ON之间同时存在匀强磁场和匀强电场 磁感应强度大小为B 方向垂直于纸面向外 匀强电场的方向竖直向上 一带电小球的质量为m 带电荷量为q 带电小球沿纸面以大小为v0的速度从OM的某点沿左上方射入磁场 速度方向与OM成30 角 带电小球进入磁场后恰好做匀速圆周运动 已知带电小球在磁场中的运动轨迹与ON恰好相切 且带电小球能从OM上另一点P射出磁场 P未画出 图11 1 判断带电小球带何种电荷 所加电场强度E为多大 2 带电小球离开磁场的出射点P到两平面交点O的距离s为多大 3 带电小球离开磁场后继续运动 能打在左侧竖直的光屏OO 上 求打在光屏上的点到O点的距离 解析 1 根据题意知 小球受到的电场力与重力平衡 小球所受的合力等于洛伦兹力 则带电小球带正电荷 根据题意 带电小球在匀强磁场中的运动轨迹如图所示 Q点为运动轨迹与ON相切的点 I点为入射点 P点为出射点 则IP为运动轨迹所对的弦 带电小球离开磁场的速度方向与OM的夹角也为30 由几何关系可得 OP为圆轨道的直径 所以OP的长度 如图所示 T点到O点的距离 带电粒子在叠加场中运动的分析方法 图12 1 若粒子只经磁场偏转并在y y0处被探测到 求发射源的位置和粒子的初动能 2 若粒子两次进出电场区域后被探测到 求