步步高2016年高考物理人教版一轮复习《第八章 磁 场》 专题四

1、考纲解读考点一考点二考点三高考模拟练出高分第八章 磁场专题四带电粒子在复合场中的运动考纲解读1.会分析速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器等磁场的实际应用问题.2.会分析带电粒子在组合场、叠加场中的运动问题 考点一回旋加速器和质谱仪 +1质谱仪(1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成考点一回旋加速器和质谱仪 考点一回旋加速器和质谱仪 例1 回旋加速器是用来加速带电粒子，使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝都得到加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向

2、垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子的电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rm，其运动轨迹如图3所示问：(1)D形盒内有无电场？(2)粒子在盒内做何种运动？(3)所加交流电压频率应是多大，粒子运动的角速度为多大？(4)粒子离开加速器时速度为多大？最大动能为多少？(5)设两D形盒间电场的电势差为U，盒间距离为d，其间电场均匀，求把静止粒子加速到上述能量所需时间考点一回旋加速器和质谱仪 (1)D形盒内有无电场？(2)粒子在盒内做何种运动？(3)所加交流电压频率应是多大，粒子运动的角速度为多大？考点一回旋加速器和质谱仪 (4)粒子离开加速器时速度为多大？最大动能为多少？(5)

3、设两D形盒间电场的电势差为U，盒间距离为d，其间电场均匀，求把静止粒子加速到上述能量所需时间 +考点一回旋加速器和质谱仪 递进题组1劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图4所示置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U.若A处粒子源产生质子的质量为m、电荷量为q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响. 则下列说法正确的是()考点一回旋加速器和质谱仪 递进题组考点一回旋加速器和质谱仪 递进题组2对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义如图所示，质量为

4、m、电荷量为q的铀235离子，从容器A下方的小孔S1不断飘入加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔S2垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做半径为R的匀速圆周运动离子行进半个圆周后离开磁场并被收集，离开磁场时离子束的等效电流为I.不考虑离子重力及离子间的相互作用(1)求加速电场的电压U；(2)求出在离子被收集的过程中任意时间t内收集到的离子的质量M.考点一回旋加速器和质谱仪 递进题组+v(1)求加速电场的电压U；考点一回旋加速器和质谱仪 递进题组+v(2)求出在离子被收集的过程中任意时间t内收集到的离子的质量M.解析设在任意时间t内收集到的离子个数为N，总电荷量为Q考点二 带电体在

5、叠加场中的运动 1带电体在叠加场中无约束情况下的运动情况分类(1)洛伦兹力、重力并存若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动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，由此可求解问题考点二 带电体在叠加场中的运动 (2)静电力、洛伦兹力并存(不计重力的微观粒子)若静电力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若静电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，可用动能定理求解问题(3)静电力、洛伦兹力、重力并存若三力平衡，一定做匀速直线运动若重力与静电力平衡，一定做匀速圆周运动若合力不为零且与速度方向不垂直，将做复杂的曲线运动，因洛

6、伦兹力不做功，可用能量守恒定律或动能定理求解问题考点二 带电体在叠加场中的运动 2带电体在叠加场中有约束情况下的运动带电体在叠加场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下，常见的运动形式有直线运动和圆周运动，此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况，并注意洛伦兹力不做功的特点，运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求解考点二 带电体在叠加场中的运动 例2 如图所示，位于竖直平面内的坐标系xOy，在其第三象限空间有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B0.5 T，还有沿x轴负方向的匀强电场，场强大小为E2 N/C.在其第一象限空间有沿y轴负方向的、场强大小也为E的匀强电场，并在yh

7、0.4 m的区域有磁感应强度也为B的垂直于纸面向里的匀强磁场一个带电荷量为q的带电油滴从图中第三象限的P点得到一初速度，恰好能沿PO做匀速直线运动(PO与x轴负方向的夹角为45)，并从原点O进入第一象限已知重力加速度g10 m/s2，问：(1)油滴在第三象限运动时受到的重力、电场力、洛伦兹力三力的大小之比，并指出油滴带何种电荷；(2)油滴在P点得到的初速度大小；(3)油滴在第一象限运动的时间考点二 带电体在叠加场中的运动 解析（1）运动和受力分析如图mgF=qvBEq油滴带负电荷 v(1)油滴在第三象限运动时受到的重力、电场力、洛伦兹力三力的大小之比，并指出油滴带何种电荷；(2)油滴在P点得到

8、的初速度大小；考点二 带电体在叠加场中的运动 （3）进入第一象限，电场力和重力抵消，油滴先做匀速直线运动，进入yh的区域后做匀速圆周运动，轨迹如图 A由对称性知油滴从CN运动的时间t3t1油滴在第一象限运动的总时间tt1t2t30.828 sCNO考点二 带电体在叠加场中的运动 变式题组考点二 带电体在叠加场中的运动 变式题组解析 墨滴在电场区域做匀速直线运动 mgEqE重力和电场力平衡考点二 带电体在叠加场中的运动 变式题组解析墨滴垂直进入电场、磁场共存区域后，重力仍与电场力平衡，洛伦兹力提供向心力，墨滴做匀速圆周运动轨迹如图，是四分之一圆周运动，则半径Rd考点二 带电体在叠加场中的运动 变

9、式题组解析根据题设，墨滴运动轨迹如图所示，设墨滴做圆周运动的半径为R RdR2 dO考点三 带电粒子在组合场中运动 电场力FqE，其大小、方向不变，与速度v无关，F是恒力洛伦兹力F洛qvB，其大小不变，方向随v而改变，F洛是变力抛物线圆或圆的一部分考点三 带电粒子在组合场中运动 变化不变考点三 带电粒子在组合场中运动 例3 (2013山东23)如图所示，在坐标系xOy的第一、第三象限内存在相同的匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面向里；第四象限内有沿y轴正方向的匀强电场，电场强度大小为E.一电荷量为q、质量为m的粒子，自y轴上的P点沿x轴正方向射入第四象限，经x轴上的Q点进入第一象限，随即撤去电

10、场，以后仅保留磁场已知OPd，OQ2d.不计粒子重力(1)求粒子过Q点时速度的大小和方向；(2)若磁感应强度的大小为一确定值B0，粒子将沿垂直y轴的方向进入第二象限，求B0；(3)若磁感应强度的大小为另一确定值，经过一段时间后粒子将再次经过Q点，且速度与第一次过Q点时相同，求该粒子相邻两次经过Q点所用的时间考点三 带电粒子在组合场中运动 考点三 带电粒子在组合场中运动 vv解析粒子在第一象限的运动轨迹如图所示 O1为圆心，设半径为R1，由几何关系可知O1OQ为等腰直角三角形，O1R145考点三 带电粒子在组合场中运动 v粒子运动的轨迹如图所示 O2R2解析粒子在第一、第三象限的轨迹均为半圆，圆

11、心为O2、 O2 ，半径为R2O2FGH粒子在第二、第四象限的轨迹为长度相等的线段，QGF为等腰直角三角形得FGHQ2R2 45考点三 带电粒子在组合场中运动 变式题组考点三 带电粒子在组合场中运动 变式题组解析 粒子运动的轨迹如图，设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为r，与x轴正方向的夹角为， xr(1)该粒子到达O点时速度的大小和方向；考点三 带电粒子在组合场中运动 变式题组x(2)匀强电场的电场强度E；考点三 带电粒子在组合场中运动 (3)该粒子运动的周期T.变式题组x圆心角圆心角解析设粒子在磁场中运动时间为t1.= 360 - 2= 240高考模拟明确考向高考模拟明确考向高考模拟明确考

12、向2 (2014重庆9)如图所示，在无限长的竖直边界NS和MT间充满匀强电场，同时该区域上、下部分分别充满方向垂直于NSTM平面向外和向内的匀强磁场，磁感应强度大小分别为B和2B，KL为上、下磁场的水平分界线，在NS和MT边界上，距KL高h处分别有P、Q两点，NS和MT间距为1.8h.质量为m、电荷量为q的粒子从P点垂直于NS边界射入该区域，在两边界之间做圆周运动，重力加速度为g.(1)求电场强度的大小和方向；(2)要使粒子不从NS边界飞出，求粒子入射速度的最小值；(3)若粒子能经过Q点从MT边界飞出，求粒子入射速度的所有可能值高考模拟明确考向高考模拟明确考向高考模拟明确考向3(2014大纲全

13、国25)如图所示，在第一象限存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直于纸面(xOy平面)向外；在第四象限存在匀强电场，方向沿x轴负方向在y轴正半轴上某点以与x轴正方向平行、大小为v0的速度发射出一带正电荷的粒子，该粒子在(d,0)点沿垂直于x轴的方向进入电场不计粒子重力若该粒子离开电场时速度方向与y轴负方向的夹角为，求：(1)电场强度大小与磁感应强度大小的比值；(2)该粒子在电场中运动的时间高考模拟明确考向高考模拟明确考向4一圆筒的横截面如图所示，其圆心为O，筒内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.圆筒左侧有相距为d的平行金属板M、N，其中M板带正电荷，N板带等量负电荷质量为m、电荷量为q的带

14、正电粒子自M板边缘的P处由静止释放，经N板的小孔S以速度v沿半径SO方向射入磁场中粒子与圆筒发生3次碰撞后仍从S孔射出设粒子与圆筒碰撞过程中没有动能损失，且电荷量保持不变，在不计重力的情况下，求：(1)M、N间电场强度E的大小；(2)圆筒的半径R；(3)欲使粒子仍从M板边缘的P处由静止释放，进入圆筒后与圆筒发生2次碰撞后从S孔射出，在保持M、N间电场强度E不变的情况下，应如何平移M板？高考模拟明确考向高考模拟明确考向练出高分3456121磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能，如图是它的示意图平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量

15、正、负离子)喷入磁场，A、B两板间便产生电压如果把A、B和用电器连接，A、B就是直流电源的两个电极，设A、B两板间距为d，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于磁场的方向射入A、B两板之间，则下列说法正确的是()AA是直流电源的正极BB是直流电源的正极C电源的电动势为BdvD电源的电动势为qvB练出高分345612练出高分2如图所示，一个带正电荷的物块m，由静止开始从斜面上A点下滑，滑到水平面BC上的D点停下来已知物块与斜面及水平面间的动摩擦因数相同，且不计物块经过B处时的机械能损失先在ABC所在空间加竖直向下的匀强电场，再让物块m从A点由静止开始下滑，结果物块在水平面上的D点停下来；后又撤

16、去电场，在ABC所在空间加水平向里的匀强磁场，再次让物块m从A点由静止开始下滑，结果物块沿斜面滑下并在水平面上的D点停下来则以下说法中正确的是()AD点一定在D点左侧 BD点一定与D点重合CD点一定在D点右侧 DD点一定与D点重合345612练出高分AD点一定在D点左侧 BD点一定与D点重合CD点一定在D点右侧 DD点一定与D点重合解析仅在重力场中时，物块由A点至D点的过程中，由动能定理得mghmgx1cos mgx20，即hx1cos x20，由题意知A点距水平面的高度h、物块与斜面及水平面间的动摩擦因数、斜面倾角、斜面长度x1为定值，所以x2与重力的大小无关而在ABC所在空间加竖直向下的匀强电场后，相当于把重力增大了，x2不变，D点一定与D点重合，A项错误，B项正确；在ABC所在空间加水平向里的匀强磁场后，洛伦兹力垂直于接触面向上，正压力变小，摩擦力变小，重力做的功不变，所以D点一定在D点右侧，C项正确，D项错误答案BC345612练出高分345612练出高分345612练出高分345612练出高分345612练出高分345612练出高分345612练出高分345612练出高分6中国著名物理学家、中国科学院院士何泽慧教授曾在1945年首次通过实验观察到正、负电子的弹性碰撞过程有人设想利用电场、磁场控制正、负电子在云室中运动来再现这一过程实验设