1、專題突破帶電粒子在復(fù)合場中的運動,帶電粒子在復(fù)合場中運動的實例分析,命題角度1質(zhì)譜儀的原理和分析,1.作用 測量帶電粒子質(zhì)量和分離同位素的儀器。 2.原理(如圖1所示),圖1,圖2,答案D,命題角度2回旋加速器的原理和分析,4.回旋加速器的解題思路,(1)帶電粒子在縫隙的電場中加速，交變電流的周期與帶電粒子在磁場中做圓周運動的周期相等，每經(jīng)過電場一次，粒子加速一次。 (2)帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)、半徑不斷增大，周期不變，最大動能與D形盒的半徑有關(guān)。,【例2】(2018常州模擬)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成周期性變化的

2、電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中，如圖3所示。設(shè)D形盒半徑為R。若用回旋加速器加速質(zhì)子時，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，高頻交流電頻率為f。則下列說法正確的是(),A.質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2fR B.質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場的電壓大小有關(guān) C.高頻電源只能使用矩形交變電流，不能使用正弦式交變電流 D.不改變B和f，該回旋加速器也能用于加速粒子,圖3,答案A,1.定義：高為h，寬為d的金屬導(dǎo)體(自由電荷是電子)置于勻強磁場B中，當(dāng)電流通過金屬導(dǎo)體時，在金屬導(dǎo)體的上表面A和下表面A之間產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，此電壓稱為霍爾電壓。

3、 2.電勢高低的判斷：如圖4，金屬導(dǎo)體中的電流I向右時，根據(jù)左手定則可得，下表面A的電勢高。,命題角度3霍爾效應(yīng)的原理和分析,圖4,【例3】(20184月浙江選考，22)壓力波測量儀可將待測壓力波轉(zhuǎn)換成電壓信號，其原理如圖5所示。壓力波p(t)進(jìn)入彈性盒后，通過與鉸鏈O相連的“”型輕桿L，驅(qū)動桿端頭A處的微型霍爾片在磁場中沿x軸方向做微小振動，其位移x與壓力p成正比(xp，0)?；魻柶姆糯髨D如圖6所示，它由長寬厚abd、單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n的N型半導(dǎo)體制成。磁場方向垂直于x軸向上，磁感應(yīng)強度大小為BB0(1|x|)，0。無壓力波輸入時，霍爾片靜止在x0處，此時給霍爾片通以沿C1C2方向的

4、電流I，則在側(cè)面上D1、D2兩點間產(chǎn)生霍爾電壓U0。,(1)指出D1、D2兩點哪點電勢高； (2)推導(dǎo)出U0與I、B0之間的關(guān)系式(提示：電流I與自由電子定向移動速率v之間關(guān)系為Inevbd，其中e為 電子電荷量)； (3)彈性盒中輸出壓力波p(t)，霍爾片中通以相同電流，測得霍爾電壓UH隨時間t變化圖象如圖7。忽略霍爾片在磁場中運動產(chǎn)生的電動勢和阻尼，求壓力波的振幅和頻率。(結(jié)果用U0、U1、t0、及表示),圖5 圖6 圖7,解析(1)N型半導(dǎo)體可以自由移動的是電子(當(dāng)然題目也給出了自由電子)，根據(jù)左手定則可以知道電子往D2端移動，因此D1點電勢高。 (2)根據(jù)霍爾元件內(nèi)部電子受的洛倫茲力和

5、電場力平衡得 evB0eEH，U0EHb,(3)由任意時刻霍爾元件內(nèi)部電子受到的洛倫茲力和電場力平衡得,命題角度4速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī),【例4】(201711月浙江選考)如圖8所示，在兩水平金屬板構(gòu)成的器件中，存在著勻強電場與勻強磁場，電場強度E和磁感應(yīng)強度B相互垂直。以某一水平速度進(jìn)入的不計重力的帶電粒子恰好能沿直線運動，下列說法正確的是(),圖8,答案C,【例5】(201811月浙江選考)磁流體發(fā)電的原理如圖9所示，將一束速度為v的等離子體垂直于磁場方向噴入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，在相距為d，寬為a、長為b的兩平行金屬板間便產(chǎn)生電壓。如果把上、下板和電阻R連接，上、下板就是一個直流

6、電源的兩極，若穩(wěn)定時等離子體在兩板間均勻分布，電阻率為，忽略邊緣效應(yīng)，下列判斷正確的是(),圖9,答案C,解決實際問題的一般過程,帶電粒子在復(fù)合場中的運動,帶電粒子在組合場中的運動，實際上是幾個典型運動過程的組合(如：電場中的加速直線運動、類平拋運動；磁場中的勻速圓周運動)，因此解決此類問題要分段處理，解題關(guān)鍵如下： (1)找關(guān)鍵點：確定帶電粒子在場區(qū)邊界的速度(包括大小和方向)是解決該類問題的關(guān)鍵。 (2)畫運動軌跡：根據(jù)受力情況和運動情況，大致畫出粒子的運動軌跡圖，有利于形象、直觀地解決問題。,命題角度1帶電粒子在組合場中的運動,圖10,(1)當(dāng)區(qū)域加電場、區(qū)域不加磁場時，求能在屏上探測到

7、質(zhì)子束的外加電場的最大值Emax； (2)當(dāng)區(qū)域不加電場、區(qū)域加磁場時，求能在屏上探測到質(zhì)子束的外加磁場的最大值Bmax； (3)當(dāng)區(qū)域加電場E小于(1)中的Emax，質(zhì)子束進(jìn)入?yún)^(qū)域和離開區(qū)域的位置等高，求區(qū)域中的磁場B與區(qū)域中的電場E之間的關(guān)系式。,解析(1)畫出軌跡，如圖所示：,(2)畫出軌跡，如圖所示,(3)畫出軌跡，如圖所示,“5步”突破帶電粒子在組合場中的運動問題,1.磁場力、重力并存 (1)若重力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運動。 (2)若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復(fù)雜的曲線運動，因洛倫茲力不做功，故機(jī)械能守恒。 2.電場力、磁場力并存(不計重力) (1)若電場力和洛

8、倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運動。 (2)若電場力和洛倫茲力不平衡，則帶電體做復(fù)雜的曲線運動，可用動能定理求解。,命題角度2帶電粒子在疊加場中的運動,3.電場力、磁場力、重力并存,(1)若三力平衡，帶電體做勻速直線運動。 (2)若重力與電場力平衡，帶電體做勻速圓周運動。 (3)若合力不為零，帶電體可能做復(fù)雜的曲線運動，可用能量守恒定律或動能定理求解。,【例7】平面OM和水平面ON之間的夾角為30，其橫截面如圖11所示，平面OM和水平面ON之間同時存在勻強磁場和勻強電場，磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直于紙面向外，勻強電場的方向豎直向上。一帶電小球的質(zhì)量為m、帶電荷量為q，帶電小球沿紙面以大小為v

9、0的速度從OM的某點沿左上方射入磁場，速度方向與OM成30角，帶電小球進(jìn)入磁場后恰好做勻速圓周運動，已知帶電小球在磁場中的運動軌跡與ON恰好相切，且?guī)щ娦∏蚰軓腛M上另一點P射出磁場(P未畫出)。,圖11,(1)判斷帶電小球帶何種電荷？所加電場強度E為多大？ (2)帶電小球離開磁場的出射點P到兩平面交點O的距離s 為多大？ (3)帶電小球離開磁場后繼續(xù)運動，能打在左側(cè)豎直的光屏OO上，求打在光屏上的點到O點的距離。 解析(1)根據(jù)題意知，小球受到的電場力與重力平衡，小球所受的合力等于洛倫茲力，則帶電小球帶正電荷。,根據(jù)題意，帶電小球在勻強磁場中的運動軌跡如圖所示，Q點為運動軌跡與ON相切的點，I點為入射點，P點為出射點，則IP為運動軌跡所對的弦，帶電小球離開磁場的速度方向與OM的夾角也為30，由幾何關(guān)系可得，OP為圓軌道的直徑，所以O(shè)P的長度,如圖所示，T點到O點的距離,帶電粒子在疊加場中運動的分析方法,圖12 (1)若粒子只經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)并在yy0處被探測到，求發(fā)射源的位置和粒子的初動能； (2)若粒子兩次