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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2019,高考一轮总复习,物理,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第九章 磁 场,专题强化十带电粒子在复合场中运动实例分析,1/72,过好双基关,2/72,一、带电粒子在复合场中运动,1.,复合场与组合场,(1),复合场：电场、,、重力场共存，或其中某两场共存,.,(2),组合场：电场与磁场各位于一定区域内，并不重合，或在同一区域，电场、磁场分时间段或分区域,出现,.,磁场,交替,3/72,2.,带电粒子在复合场中运动分类,(1),静止或匀速直线运动,当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或做,直线运动,.,(2),匀速圆周运动,当带电粒子所受重力与电场力大小,、方向,时，带电粒子在洛伦兹力作用下，在垂直于匀强磁场平面内做,运动,.,匀速,相等,相反,匀速圆周,4/72,(3),较复杂曲线运动,当带电粒子所受合外力大小和方向均改变，且与初速度方向不在同一条直线上时，粒子做,变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线,.,(4),分阶段运动,带电粒子可能依次经过几个情况不一样复合场区域，其运动情况随区域发生改变，其运动过程由几个不一样,组成,.,非匀,运动阶段,5/72,二、电场与磁场组合应用实例,装置,原理图,规律,质谱仪,带电粒子由静止被加速电场加速,qU,，在磁场中做匀速圆周运动,q,v,B,，则比荷,6/72,盘旋,加速器,交变电流周期和带电粒子做圆周运动周期 ，带电粒子在圆周运动过程中每次经过D形盒缝隙都会被加速.由qvB 得Ekm,相同,7/72,三、电场与磁场叠加应用实例,装置,原理图,规律,速度,选择器,若,q,v,0,B,Eq,，即,v,0,，带电粒子做,运动,匀速,8/72,电磁,流量计,霍尔,元件,当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直方向上出现_,q,v,B,电势差,9/72,研透命题点,10/72,1.,作用,测量带电粒子质量和分离同位素仪器,.,2.,原理,(,如图,1,所表示,),命题点一质谱仪原理和分析,基础考点自主悟透,图,1,11/72,12/72,例,1,一台质谱仪工作原理如图,2,所表示,.,大量带电荷量为,q,，质量为,2,m,离,子飘入电压为,U,0,加速电场，其初速度,几乎为,0,，经加速后，经过宽为,L,狭缝,MN,沿着与磁场垂直方向进入磁感应,强度为,B,匀强磁场中，最终打到摄影,底片上,.,图中虚线为经过狭缝左、右边界,M,、,N,时离子运动轨迹,.,不考虑离子间相互作用,.,(1),求离子打在底片上位置到,N,点最小距离,x,；,答案,解析,图,2,13/72,解析,设离子在磁场中运动半径为,r,1,，,依据几何关系,x,2,r,1,L,，,14/72,(2),在图中用斜线标出磁场中离子经过区域，并求该区域最窄处宽度,d,.,答案,解析,15/72,解析,如图所表示，最窄处位于过两虚线交点垂线上,16/72,答案,变式,1,(,全国卷,15),当代质谱仪可用来分,析比质子重很多倍离子，其示意图如图,3,所表示，,其中加速电压恒定,.,质子在入口处从静止开始被加,速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场,.,若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加,速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一,出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来,12,倍,.,此离子和质子质量比约为,A.11 B.12C.121 D.144,图,3,解析,17/72,18/72,1.,结构：,如图,4,所表示，,D,1,、,D,2,是半圆形金属盒，,D,形盒处于匀强磁场中，,D,形盒缝隙处接交流电源,.,2.,原理：,交流电周期和粒子做圆周运动周期相等，使粒子每经过一次,D,形盒缝隙，粒子被加速一次,.,命题点二盘旋加速器原理和分析,能力考点师生共研,图,4,19/72,20/72,例,2,(,多项选择,),劳伦斯和利文斯设计出盘旋加速器，工作原,理示意图如图,5,所表示,.,置于真空中,D,形金属盒半径为,R,，,两盒间狭缝很小，带电粒子穿过时间可忽略,.,磁感,应强度为,B,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,相对论效应和重力影响,.,则以下说法正确是,A.,质子被加速后最大速度不可能超出,2,Rf,B.,质子离开盘旋加速器时最大动能与加速电压,U,成正比,C.,质子第,2,次和第,1,次经过两,D,形盒间狭缝后轨道半径之比为,1,D.,不改变磁感应强度,B,和交流电频率,f,，经该盘旋加速器加速各种粒子,最大动能不变,图,5,答案,解析,21/72,因经盘旋加速器加速粒子最大动能,E,km,2,m,2,R,2,f,2,与,m,、,R,、,f,均相关，故,D,错误,.,22/72,变式,2,如图,6,甲所表示是用来加速带电粒子盘旋加速器示意图，其关键部分是两个,D,形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连,.,带电粒子在磁场中运动动能,E,k,随时间,t,改变规律如图乙所表示,.,忽略带电粒子在电场中加速时间，则以下判断中正确是,A.,在,E,k,t,图象中应有,t,4,t,3,t,3,t,2,B.,粒子射入速度可能是,v,0,D.,在测定地球赤道上方地磁场强弱时，元件工作面应保持水平方向,图,6,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,54/72,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,若仅增大磁感应强度,B,，则,C,、,D,两面电势差增大，选项,B,正确；,若霍尔元件中定向移动是自由电子，由左手定则可知，电子将向,C,侧偏转，则电势差,U,CD,0,，选项,C,错误；,地球赤道上方地磁场方向为水平方向，元件工作面要与磁场方向垂直，故元件工作面应保持竖直方向，选项,D,错误,.,55/72,7.(,多项选择,)(,四川成都调研,),如图,7,，为探讨霍尔效应，取一块长度为,a,、宽度为,b,、厚度为,d,金属导体，给金属导体加与前后侧面垂直匀强磁场,B,，且通以图示方向电流,I,时，用电压表测得导体上、下表面,M,、,N,间电压为,U,.,已知自由电子电荷量为,e,.,以下说法中正确是,A.,M,板比,N,板电势高,B.,导体单位体积内自由电子数越多，电压表示,数越大,C.,导体中自由电子定向移动速度为,v,D.,导体单位体积内自由电子数为,图,7,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,56/72,解析,电流方向向右，电子定向移动方向向左，依据左手定则判断可知，电子所受洛伦兹力方向向上，则,M,板积累了电子，,M,、,N,之间产生向上电场，所以,M,板比,N,板电势低，选项,A,错误,.,电子定向移动相当于长度为,d,导体垂直切割磁感线产生感应电动势，电压表读数,U,等于感应电动势,E,，则有,U,E,Bd,v,，可见，电压表示数与导体单位体积内自由电子数无关，选项,B,错误；,由,U,E,Bd,v,得，自由电子定向移动速度为,v,，选项,C,正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,57/72,8.(,多项选择,)(,新课标全国,20),图,8,为某磁谱仪部分构件示意图,.,图中，永磁铁提供匀强磁场,.,硅微条径迹探测器能够探测粒子在其中运动轨迹,.,宇宙射线中有大量电子、正电子和质子,.,当这些粒子从上部垂直磁场方向进入磁场时，以下说法正确是,A.,电子与正电子偏转方向一定不一样,B.,电子与正电子在磁场中运动轨迹半径一定相同,C.,仅依据粒子运动轨迹无法判断该粒子是质子还是正电子,D.,粒子动能越大，它在磁场中运动轨迹半径越小,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,综合提升练,图,8,58/72,解析,依据左手定则，电子、正电子进入磁场后所受洛伦兹力方向相反，故二者偏转方向不一样，选项,A,正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,对于质子、正电子，它们在磁场中运动时不能确定,m,v,大小，故选项,C,正确；,59/72,9.,如图,9,所表示是医用盘旋加速器示意图，其关键部分是两个,D,形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连,.,现分别加速氘核,和氦核,.,以下说法中正确是,A.,它们最大速度相同,B.,它们最大动能相同,C.,两次所接高频电源频率不相同,D.,仅增大高频电源频率可增大粒子最大动能,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图,9,60/72,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,61/72,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,62/72,10.,速度相同一束粒子,(,不计重力,),由左端射入质谱仪后运动轨迹如,图,10,所表示，则以下相关说法中正确是,A.,该束粒子带负电,B.,速度选择器,P,1,极板带负电,C.,能经过狭缝,S,0,粒子速度等于,D.,粒子打在胶片上位置越靠近狭缝,S,0,，则粒子,比荷越小,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图,10,63/72,解析,依据该束粒子进入匀强磁场,B,2,时向下偏转，由左手定则判断出该束粒子带正电，选项,A,错误；,粒子在速度选择器中做匀速直线运动，受到电场力和洛伦兹力作用，由左手定则知洛伦兹力方向竖直向上，则电场力方向竖直向下，因粒子带正电，故电场强度方向向下，速度选择器,P,1,极板带正电，选项,B,错误；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,64/72,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,65/72,11.(,多项选择,),如图,11,所表示为一个质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成,.,若静电分析器通道中心线半径为,R,，通道内均匀辐射电场，在中心线处电场强度大小为,E,，磁分析器有范围足够大有界匀强磁场，磁感应强度大小为,B,、方向垂直于纸面向外,.,一质量为,m,、电荷量为,q,粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线经过静电分析器，由,P,点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上,Q,点,.,不计粒子重力,.,以下说法正确是,A.,极板,M,比极板,N,电势高,B.,加速电场电压,U,ER,C.,直径,PQ,2,B,D.,若一群粒子从静止开始经过题述过程都落在胶片上,同一点，则该群粒子含有相同比荷,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图,11,解析,66/72,解析,粒子在静电分析器内沿电场线方向偏转，说明粒子带正电荷，极板,M,比极板,N,电势高，选项,A,正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,67/72,12.(,多项选择,),盘旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其原理图如图,12,所表示,.,D,1,和,D,2,是两个中空半圆形金属盒，置于与盒面垂直匀强磁场中，它们接在电压为,U,、周期为,T,交流电源上,.,位于,D,1,圆心处质子源,A,能不停产生质子,(,初速度能够忽略,),，它们在两盒之间被电场加速,.,当质子被加速到最大动能,E,k,后，再将它们引出,.,忽略质子在电场中运动时间，则以下说法中正确是,A.,若只增大交变电压,U,，则质子最大动能,E,k,会变大,B.,若只增大交变电压,U,，则质子在盘旋加速器中运行时间会,变短,C.,若只将交变电压周期变为,2,T,，仍可用此装置加速质子,D.,质子第,n,次被加速前、后轨道半径之比为,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图,12,68/72,增大交变电压，质子加速次数减小，所以质子在盘旋加速器中运行时间变短，,B,正确；,为了使质子能在盘旋加速器中加速，质子运动周期应与交变电压周期相同，,C,错误；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,69/72,13.,一台质谱仪工作原理图如图,13,所表示，电荷量均为,q,、质量不一样离子飘入电压为,U,0,加速电场，其初速度几乎为零,.,这些离子经加速后经过狭缝,O,沿着与磁场垂直方向进入磁感应强度为,B,匀强磁场，最终打在底片上,.,已知放置底片区域,MN,L,，且,OM,L,.,某次测量发觉,MN,中左侧,区域,MQ,损坏，检测不到离子，但右侧,区域,QN,仍能正常检测到离子,.,在适当调整加速,电压后，原本打在,MQ,区域离子即可在,QN,区域检测到,.,(1),求原本打在,MN,中点,P,点离子质量,m,；,图,13,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,70/72,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,71/72,(2),为使原本打在,P,点离子能打在,QN,区域，求加速电压,U,调整范围,.,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,72/72,
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