1、第3講帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),高考定位 1考查內(nèi)容 (1)帶電粒子在磁場(chǎng)中的應(yīng)用實(shí)例、如質(zhì)譜議、回旋加速器、速度選擇器、霍爾元件，磁流體、發(fā)電機(jī)等。 (2)帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。 (3)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。,2題型、難度 考查題型主要有選擇、計(jì)算兩種，選擇題主要考查應(yīng)用實(shí)例，難度中等，計(jì)算題考查帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，難度較大。,體驗(yàn)高考 1(2017全國(guó)卷)如圖331所示，空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向上(與紙面平行)，磁場(chǎng)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

2、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,圖331,Amambmc Bmbmamc Cmcmbma Dmamcmb 答案B,2(多選)在半導(dǎo)體離子注入工藝中，初速度可忽略的磷離子P和P3，經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加速后，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里、有一定寬度的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，如圖332所示。已知離子P在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)30后從磁場(chǎng)右邊界射出在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，離子P和P3,圖332,答案BCD,圖333,A霍爾元件前表面的電勢(shì)低于后表面 B若電源的正負(fù)極對(duì)調(diào)，電壓表將反偏 CIH與I成正比 D電壓表的示數(shù)與RL消耗的電功率成正比,答案CD,(1)出射粒子的動(dòng)

3、能Em； (2)粒子從飄入狹縫至動(dòng)能達(dá)到Em所需的總時(shí)間t0； (3)要使飄入狹縫的粒子中有超過(guò)99%能射出，d應(yīng)滿足的條件。,圖334,【必記要點(diǎn)】 1電偏轉(zhuǎn)(勻強(qiáng)電場(chǎng)中),考點(diǎn)一帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),2.磁偏轉(zhuǎn)(勻強(qiáng)磁場(chǎng)中),圖335,(1)當(dāng)B1B0時(shí)，粒子從區(qū)下邊界射出時(shí)速度方向與邊界夾角為60，求B0及粒子在區(qū)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t； (2)若B2B1B0，求粒子從區(qū)射出時(shí)速度方向相對(duì)射入?yún)^(qū)時(shí)速度方向的側(cè)移量h； (3)若B1B0，且區(qū)的寬度可變，為使粒子經(jīng)區(qū)恰能返回A點(diǎn)，求區(qū)的寬度最小值Lx和B2的大小。,審題探究 (1)粒子在區(qū)射出點(diǎn)與射入點(diǎn)在同一豎直線上，那么在區(qū)射出點(diǎn)與射入點(diǎn)的位置

4、關(guān)系怎樣？ (2)粒子經(jīng)區(qū)恰能返回A點(diǎn)，其隱含條件是什么？,規(guī)律總結(jié) 帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的處理方法 不論帶電粒子是先后在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，還是先后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。解決方法如下： 1分別研究帶電粒子在不同場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，若速度方向與電場(chǎng)方向在同一直線上，則做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，若進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度方向與電場(chǎng)方向垂直，則做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)。根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律分別求解。,2帶電粒子經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)利用圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律結(jié)合幾何關(guān)系來(lái)處理。 3注意分析磁場(chǎng)和電場(chǎng)邊界處或交接點(diǎn)位置粒子速度的大小和方向，把粒子在兩種不同場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。,【題組訓(xùn)

5、練】 1現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來(lái)分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖336所示，其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開(kāi)始被加速電場(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開(kāi)磁場(chǎng)。若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開(kāi)始被同一加速電場(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開(kāi)磁場(chǎng)，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來(lái)的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為,圖336,A11B12C121D144,2如圖337所示的平行板器件中，存在相互垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B10.20 T，方向垂直紙面向里，電場(chǎng)強(qiáng)度E11.0105 V/m，PQ為板間中線。豎靠平行板右側(cè)邊緣xOy坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)，有一邊界線AO，與y軸的夾角

6、AOy45，邊界線的上方有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B20.25 T，邊界線的下方有豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度E25.0105 V/m。一束帶電荷量q8.01019 C、質(zhì)量m8.01026 kg的正離子從P點(diǎn)射入平行板間，沿中線PQ做直線運(yùn)動(dòng)，穿出平行板后從y軸上坐標(biāo)為(0,0.4 m)的Q點(diǎn)垂直y軸射入磁場(chǎng)區(qū)，多次穿越邊界線OA。求：,圖337,(1)離子運(yùn)動(dòng)的速度； (2)離子從進(jìn)入磁場(chǎng)到第二次穿越邊界線OA所需的時(shí)間。,解析(1)設(shè)正離子的速度為v，由于沿中線PQ做直線運(yùn)動(dòng)，則有qE1qvB1 代入數(shù)據(jù)解得v5.0105 m/s。,考點(diǎn)二帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 例2如圖33

7、8所示，平面直角坐標(biāo)系的第二象限內(nèi)存在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球從A點(diǎn)以速度v0沿直線AO運(yùn)動(dòng)，AO與x軸負(fù)方向成37角。在y軸與MN之間的區(qū)域內(nèi)加一電場(chǎng)強(qiáng)度最小的勻強(qiáng)電場(chǎng)后，可使小球繼續(xù)做直線運(yùn)動(dòng)到MN上的C點(diǎn)，MN與PQ之間區(qū)域內(nèi)存在寬度為d的豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，小球在區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)并恰好不能從右邊界飛出，已知小球在C點(diǎn)的速度大小為2v0，重力加速度為g，sin 370.6，cos 370.8，求：,圖338,(1)第二象限內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度E1的大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的大??； (2)區(qū)域內(nèi)最小電場(chǎng)強(qiáng)度E2的大小和方向；

8、(3)區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度E3的大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的大小。,審題探究 1小球在第二象限內(nèi)受幾個(gè)力的作用？其合力是多少？ 2小球在區(qū)域中運(yùn)動(dòng)，其合力方向如何？電場(chǎng)力沿什么方向時(shí)有最小值？ 3小球在區(qū)域中的運(yùn)動(dòng)軌跡如何？怎樣確定圓心和半徑？,規(guī)律總結(jié) 帶電粒子在疊加場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的處理方法 1弄清復(fù)合場(chǎng)的組成特點(diǎn)。 2正確分析帶電粒子的受力及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。 3畫(huà)出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 (1)若只有兩個(gè)場(chǎng)且正交。例如，電場(chǎng)與磁場(chǎng)中滿足qEqvB或重力場(chǎng)與磁場(chǎng)中滿足mgqvB或重力場(chǎng)與電場(chǎng)中滿足mgqE，都表現(xiàn)為勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止，根據(jù)受力平衡列方程求解。,圖339,(1)小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速

9、度v的大小和方向； (2)從撤掉磁場(chǎng)到小球再次穿過(guò)P點(diǎn)所在的這條電場(chǎng)線經(jīng)歷的時(shí)間t。,圖3310,(1)粒子剛從發(fā)射器射出時(shí)的初速度及粒子發(fā)射器P的橫坐標(biāo)x； (2)粒子從粒子源射出到返回第象限上升到最高點(diǎn)所用的總時(shí)間。,考點(diǎn)三洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用,【題組訓(xùn)練】 1(霍爾元件的工作原理)如圖3311所示，一段長(zhǎng)方體形導(dǎo)電材料，左右兩端面的邊長(zhǎng)都為a和b，內(nèi)有帶電量為q的某種自由運(yùn)動(dòng)電荷。導(dǎo)電材料置于方向垂直于其前表面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。當(dāng)通以從左到右的穩(wěn)恒電流I時(shí)，測(cè)得導(dǎo)電材料上、下表面之間的電壓為U，且上表面的電勢(shì)比下表面的低。由此可得該導(dǎo)電材料單位體積內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)

10、電荷數(shù)及自由運(yùn)動(dòng)電荷的正負(fù)分別為,圖3311,答案C,2(多選)(磁流體發(fā)電機(jī)的原理)如圖3312所示為磁流體發(fā)電機(jī)的原理圖。金屬板M、N之間的距離為d20 cm，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B5 T，方向垂直紙面向里?，F(xiàn)將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒，整體呈中性)從左側(cè)噴射入磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)在M、N兩板間接入的額定功率為P100 W的燈泡正常發(fā)光，且此時(shí)燈泡電阻為R100 ，不計(jì)離子重力和發(fā)電機(jī)內(nèi)阻，且認(rèn)為離子均為一價(jià)離子，則下列說(shuō)法中正確的是,圖3312,A金屬板M上聚集負(fù)電荷，金屬板N上聚集正電荷 B該發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為100 V C離子從左側(cè)噴射入磁場(chǎng)的初速度大小為

11、103 m/s D每秒鐘有6.251018個(gè)離子打在金屬板N上,答案BD,3在高能物理研究中，粒子加速器起著重要作用，而早期的加速器只能使帶電粒子在高壓電場(chǎng)中加速一次，因而粒子所能達(dá)到的能量受到高壓技術(shù)的限制。1930年，Earnest OLawrence提出了回旋加速器的理論，他設(shè)想用磁場(chǎng)使帶電粒子沿圓弧形軌道旋轉(zhuǎn)，多次反復(fù)地通地高頻加速電場(chǎng)，直至達(dá)到高能量。圖3313甲為Earnest OLawrence設(shè)計(jì)的回旋加速器的示意圖。它由兩個(gè)鋁制D型金屬扁盒組成，兩個(gè)D形盒正中間開(kāi)有一條狹縫；兩個(gè)D型盒處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中并接有高頻交變電壓。圖乙為俯視圖，在D型盒上半面中心S處有一正離子源，它發(fā)出的正離子，經(jīng)狹縫電壓加速后，進(jìn)入D型盒中。在磁場(chǎng)力的作用下運(yùn)動(dòng)半圓，再經(jīng)狹縫電壓加速；為保證粒子每次經(jīng)過(guò)狹縫都被加速，應(yīng)設(shè)法使交變電壓的周期與粒子在狹縫及磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期一致。如此周而復(fù)始，最后到達(dá)D型盒的邊緣，獲得最大速度后被束流提取裝置提取出。已知正離子的電荷量為q，質(zhì)量為m，加速時(shí)電極間電壓大小恒力為U，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D型盒的半徑為R，狹縫之間的距離為d，設(shè)正離子