2019届高三物理一轮复习导学案九、磁场(7)

1、2019 届高三物理一轮复习导学案 九、磁场（7） 【课题】 带电粒子在复合场中的运动 【目标】 1、 进一步掌握带电粒子在电磁场中的受力特点和运动规律 2、 会用力学有关规律分析和解决带电粒子在电磁场中的实际应用问题 【导入】 带电粒子在电磁场中的实际应用有很多，常见的有：速度选择器、质谱仪、回旋 加速器、磁流体发电机等。这些实例在近几年高考中经常出现，因此我们需要从它们 的原理及应用等方面去掌握。 【导研】 例 1 （ 09 年宁夏卷）16.医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉 的血流速度。电磁血流计由一对电极 a 和 b 以及磁极 N 和 S 构成，磁极间的磁场是均 匀的。

2、使用时，两电极 a、b 均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度 方向两两垂直，如图所示。由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极 a、 b 之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中 的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点的距离为 3.0mm , 血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为 160 训，磁感应强度的大小为 0.040T。则 血流速度的近似值和电极 a、b 的正负为 A. 1.3m/s , a 正、b 负 B. 2.7m/s , a 正、b 负 C. 1.3m/s, a 负、b 正 D. 2.7m/s , a 负、b

3、 正 例 2 （1） （ 09 年广东物理）12.如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速 电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度 分别为 B 和 E。平板 S 上有可让粒子通过的狭缝 P 和记录 粒子 位置的胶片 A1A2。平板 S 下方有强度为 B。的匀强磁 场。下列表述正确的是 （ ） A .质谱仪是分析同位素的重要工具 B .速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C .能通过的狭缝 P 的带电粒子的速率等于 E/B D .打在胶片上的位置越靠近狭缝 P,粒子荷质比越小血流 藍 （2）测定同位素组成的装置里（质谱仪） ，原子质量 A=39 和 A2=

4、 41 钾的单价离子 先在电场里加速，接着进入垂直离子运动方向的均匀磁场中 （如 图）在实验过程中由于仪器不完善， 加速电压在乎均值 U。附 近变化 U .求需要以多大相对精确度 维持加速电压值， Uo 才能使钾同位素束不发生覆盖 ？ 例 3汤姆生用来测定电子的比荷 （电子的电荷量与质量之比）的实验装置如图所示， 真空管内的阴极 K 发出的电子（不计初速、重力和电子间的相互作用 ）经加速电压加速 后,穿过 A中心小孔沿中心轴 OO 的方向进入到两块水平正对放置的平行板 P 和 P间 的区域.当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心 O 点处,形成了一个亮点 加上偏转电压 U 后，亮点偏离

5、到 O点 O 点与 O 点的竖直距离为 d,水平距离可忽略不 计.此时,在 P 和 P间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场 ，调节磁场的 强弱，当磁感应强度的大小为 B 时，亮点重新 回到 O 点.已知极板水平方向的长度为 Li,极板 ” 间距为 b,极板右端到荧光屏的距离为 L2. - （1） 求打在荧光屏 O 点的电子速度的大小； （2） 推导出电子比荷的表达式. 例 4 （2019 年苏州市高三教学调研测试 ）（16分）一块 N 型半导体薄片（称霍尔元件）， 其横载面为矩形，体积为 bx cx d,如图所示。已知其单位体积内的电子数为 n电 阻率为p、电子电荷量 e将此元件放

6、在匀强磁场中，磁场方向沿 Z 轴方向，并通有 沿 x轴方向的电流I。 （1） 此元件的 cC 两个侧面中，哪个面电势高？ （2） 证明在磁感应强度一定时，此元件的 cC 两个侧面的电势差与其中的电流成正比 （3） 磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度 B的仪器。其测量方法为：将导体放 在匀强磁场之中，用毫安表测量通以电流 I，用毫伏 表测量C、C间的电压UCC ,就可测得B。若已知其 霍尔系数k二丄10mV /mAT 。并测得U ned 11-5 藍 cc =0.6mV, I =3mA 试求该元件所在处的磁感应强度 B 的大小。 例 5电子扩束装置由电子加速器、偏转电场和偏转磁场组成.偏转电场

7、由加了电压 的相距为d 的两块水平平行放置的导体板形成，匀强磁场的左边界与偏转电场的右边 界相距为 s,如图甲所示.大量电子(其重力不计)由静止开始，经加速电场加速后， 连续不断地沿平行板的方向从两板正中间射入偏转电场.当两板不带电时，这些电子 通过两板之间的时间为 2t。，当在两板间加如图乙所示的周期为 2t。、幅值恒为 U。的电 压时，所有电子均从两板间通过，进入水平宽度为 I，竖直宽度足够大的匀强磁场中， 最后通过匀强磁场打在竖直放置的荧光屏上.问： (1 )电子在刚穿出两板之间时的最大侧向位移与最小侧向位移之比为多少？ (2) 要使侧向位移最大的电子能垂直打在荧光屏上， 匀强磁场的磁感

8、应强度为多少？ (3) 在满足第(2)问的情况下， 打在荧光屏上的电子束的宽度为多少？(已知电子 的质量为 m、电荷量为 e) 【导练】 1、如图是某离子速度选择器的原理示意图， x 10 “T 的匀强磁场，方向平行于轴线 在圆柱形筒上某一直径两端开有小孔 别作为入射孔和出射孔 正离子， 以不同角度 其中入射角a =30 的速度 V 大小是( 5 A . 4 x 10 m/s 6 iZ 在一半径为 R=10cm 的圆柱形筒内有 B=1 a、b 分 现有一束比荷为 q/m=2 x 1011c/kg 的 a入射，最后有不同速度的离子束射出 且不经碰撞而直接从出射孔射出的离子 ) 5 B . 2X

9、10 m/s 6 D . 2x 10 m/s 荧 E 光 屏 C. 4 x 10 m/s 2.磁流体发电是一项新兴技术，它可以把气体的内能直接转化为电能，下图是它的 示意图平行金属板 A、B 之间有一个很强的匀强磁场，磁感应强度为 B，将一束等 离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、 每个离子的速度为 V,电荷量大小为 q, A、 距为d,稳定时下列说法中正确的是（ A .图中 A 板是电源的正极 B .图中 B 板是电源的正极 C .电源的电动势为 Bvd D .电源的电动势为 Bvq 3. （08 广东卷）4.1930 年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器， 其原理如图所示, 这台加速器

10、由两个铜质 D 形合 D、D2构成，其间留有空 隙，下列说法正确的是 （ ） A. 离子由加速器的中心附近进入加速器 B. 离子由加速器的边缘进入加速器 C. 离子从磁场中获得能量 D. 离子从电场中获得能量 4. （浙江省金华一中 2019 届高三 12 月联考）环形对撞机是研究高能粒子的重要装置， 其工作原理的示意图如图所示。 正、负离子由静止经过电压为 U 的直线加速器加速后, 沿圆环切线方向射入对撞机的真空环状空腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强 磁场，磁感应强度大小为 B。两种带电粒子将被局限在环状空腔内，沿相反方向做半 径相等的匀速圆周运动，从而在碰撞去迎面相撞。为维持带电粒子在环状空腔中的匀 速圆周运动，下列说法中正确的是（ ） A .对于给定的