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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,*,*,*,专题讲座七带电粒子在复合场中运动,1/57,关键探究,演练提升,2/57,关键探究,分类探究,各个击破,考点一带电粒子在复合场中运动实例分析,3/57,4/57,5/57,【,典例,1】,(,江苏卷,15),一台质谱仪工作原理如图所表示,.,大量甲、乙两种离子飘入电压为,U,0,加速电场,其初速度几乎为,0,经过加速后,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,.,已知甲、乙两种离子电荷量均为,+q,质量分别为,2m,和,m,图中虚线为经过狭缝左、右边界,M,N,甲种离子运动轨迹,.,不考虑离子间相互作用,.,(1),求甲种离子打在底片上位置到,N,点最小距离,x;,6/57,答案,:,(1),看法析,7/57,答案,:,(2),看法析,(2),在图中用斜线标出磁场中甲种离子经过区域,并求该区域最窄处宽度,d;,8/57,(3),若考虑加速电压有波动,在,(U,0,-U),到,(U,0,+U),之间改变,要使甲、乙两种离子在底片上没有重合,求狭缝宽度,L,满足条件,.,答案,:,(3),看法析,9/57,多维训练,1.,电磁流量计工作原理,(,河北安国段考,)(,多项选择,),如图所表示,一块长度为,a,宽度为,b,厚度为,d,金属导体,当加有与侧面垂直匀强磁场,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,CD,10/57,11/57,2.,导学号,58826196,盘旋加速器工作原理,(,四川成都模拟,)(,多项选择,),粒子盘旋加速器工作原理如图所表示,置于真空中,D,型金属盒半径为,R,两金属盒间狭缝很小,磁感应强度为,B,匀强磁场与金属盒盒面垂直,交变电流频率为,f,加速器电压为,U,若中心粒子源处产生质子质量为,m,电荷量为,+e,在加速器中被加速,.,不考虑相对论效应,则以下说法正确是,(,),A.,质子被加速后最大速度不能超出,2Rf,B.,加速质子取得最大动能随加速电场,U,增大而增大,C.,质子第二次和第一次经过,D,型盒间狭缝后轨道半径之比为 ,1,D.,不改变磁感应强度,B,和交变电流频率,f,该加速器也可加速其它粒子,AC,12/57,13/57,考点二带电粒子在组合场中运动,1.常见类型,(1)先电场后磁场,带电粒子先匀加速,后偏转,如图.,带电粒子先后都偏转,如图,.,14/57,(2),先磁场后电场,带电粒子先偏转,后匀加速或匀减速,如图,(,甲,).,带电粒子先后都偏转,如图,(,乙,).,(3),先后两个不一样磁场,15/57,2.处理思绪,16/57,【,典例,2】,(,全国,卷,24),如图,空间存在方向垂直于纸面,(xOy,平面,),向里磁场,.,在,x0,区域,磁感应强度大小为,B,0,;x1).,一质量为,m,、电荷量为,q(q0),带电粒子以速度,v,0,从坐标原点,O,沿,x,轴正向射入磁场,此时开始计时,当粒子速度方向再次沿,x,轴正向时,求,(,不计重力,),17/57,关键点拨,(1),粒子从,B,0,进入,B,0,磁场速率不变,.,(1),粒子运动时间,;,18/57,关键点拨,(2),粒子在两个磁场各偏转,180.,(2),粒子与,O,点间距离,.,19/57,方法技巧,“,5,步”突破带电粒子在组合场中运动问题,20/57,多维训练,1.,导学号,58826197,先磁场后电场,如图所表示,在,x,轴上方存在匀强磁场,磁感应强度为,B,方向垂直纸面向里,.,在,x,轴下方存在匀强电场,方向竖直向上,.,一个质量为,m,、电荷量为,q,、重力不计带正电粒子从,y,轴上,a(0,h),点沿,y,轴正方向以某初速度开始运动,一段时间后,粒子与,x,轴正方向成,45,进入电场,经过,y,轴,b,点时速度方向恰好与,y,轴垂直,.,求,:,(1),粒子在磁场中运动轨道半径,R,和速度大小,v,1,;,21/57,22/57,(2),匀强电场电场强度大小,E;,23/57,24/57,(3),粒子从开始到第三次经过,x,轴时间,t,总,.,25/57,2.,先电场后磁场,(,天津卷,11),平面直角坐标系,xOy,中,第,象限存在垂直于平面向里匀强磁场,第,象限存在沿,y,轴负方向匀强电场,如图所表示,.,一带负电粒子从电场中,Q,点以速度,v,0,沿,x,轴正方向开始运动,Q,点到,y,轴距离为到,x,轴距离,2,倍,.,粒子从坐标原点,O,离开电场进入磁场,最终从,x,轴上,P,点射出磁场,P,点到,y,轴距离与,Q,点到,y,轴距离相等,.,不计粒子重力,问,:,(1),粒子抵达,O,点时速度大小和方向,;,26/57,27/57,答案,:,(1)v,0,与,x,轴正方向成,45,角斜向上,28/57,(2),电场强度和磁感应强度大小之比,.,29/57,考点三带电粒子在叠加场中运动,1.,带电体在叠加场中无约束情况下运动情况分类,(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,则带电体将做复杂曲线运动,.,因洛伦兹力不做功,故机械能守恒,.,(2),静电力、洛伦兹力并存,(,不计重力微观粒子,),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,则带电体将做复杂曲线运动,因洛伦兹力不做功,可用动能定理求解问题,.,30/57,(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,.,若协力不为零且与速度方向不垂直,将做复杂曲线运动,因洛伦兹力不做功,可用能量守恒定律或动能定理求解问题,.,2.,带电体在叠加场中有约束情况下运动,带电体在叠加场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束情况下,常见运动形式有直线运动和圆周运动,利用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求解,.,31/57,【,典例,3】,(,江西师大附中三模,),如图所表示,水平地面上方,MN,边界左侧存在垂直纸面向里匀强磁场和沿竖直方向匀强电场,(,图中未画出,),磁感应强度,B=1.0 T,边界右侧离地面高,h=0.45 m,处有一水平光滑绝缘平台,右边有一带正电,a,球,质量,m,a,=0.1 kg,、电荷量,q=0.1 C,以初速度,v,0,=0.9 m/s,水平向左运动,与大小相同但质量为,m,b,=0.05 kg,静止于平台左边缘不带电绝缘球,b,发生弹性正碰,碰后,a,球恰好做匀速圆周运动,两球均视为质点,g=10 m/s,2,求,:,32/57,(1),电场强度大小和方向,;,审题图示,解析,:,(1)a,球碰后在叠加场中做匀速圆周运动,满足,mg=qE,可得,E=10 N/C.,a,球带正电,电场力方向向上,则电场强度方向向上,.,答案:,(1)10 N/C方向向上,33/57,(2),碰后两球分别在电磁场中运动时间,;,34/57,答案,:,(2)2.1 s,0.3 s,35/57,解析:,(3)对a球有x,a,=rcos=0.15 m,对b球有x,b,=v,b,t,b,=0.36 m,故两球相距x=x,b,-x,a,0.10 m.,答案,:,(3)0.10 m,(3),碰后两球落地点相距多远,.,36/57,方法技巧,带电粒子在叠加场中运动处理方法,37/57,多维训练,1.,电场、磁场、重力场叠加,如图,在竖直平面内建立直角坐标系,xOy,其第一象限存在着正交匀强电场和匀强磁场,电场强度方向水平向右,磁感应强度方向垂直纸面向里,.,一带电荷量为,+q,、质量为,m,微粒从原点出发沿与,x,轴正方向夹角为,45,初速度进入复合场中,恰好做直线运动,当微粒运动到,A(l,l),时,电场方向突然变为竖直向上,(,不计电场改变时间,),粒子继续运动一段时间后,恰好垂直于,y,轴穿出复合场,.,不计一切阻力,求,:,(1),电场强度,E,大小,;,38/57,39/57,(2),磁感应强度,B,大小,;,40/57,(3),粒子在复合场中运动时间,.,41/57,42/57,43/57,44/57,(2)t=2t,0,时刻粒子P位置;,45/57,46/57,(3),带电粒子在运动中距离原点,O,最远距离,L.,47/57,演练提升,真题体验,强化提升,1.,质谱仪工作原理,(,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,.,此离子跟质子质量比约为,(,),A.11 B.12,C.121 D.144,D,48/57,49/57,2.,霍尔元件工作原理,(,江苏卷,9)(,多项选择,),如图所表示,导电物质为电子霍尔元件位于两串联线圈之间,线圈中电流为,I,线圈间产生匀强磁场,磁感应强度大小,B,与,I,成正比,方向垂直于霍尔元件两侧面,此时经过霍尔元件电流为,I,H,与其前后表面相连电压表测出霍尔电压,U,H,满足,:U,H,=k ,式中,k,为霍尔系数,d,为霍尔元件两侧面间距离,.,电阻,R,远大于,R,L,霍尔元件电阻能够忽略,则,(,),A.,霍尔元件前表面电势低于后表面,B.,若电源正负极对调,电压表将反偏,C.I,H,与,I,成正比,D.,电压表示数与,R,L,消耗电功率成正比,CD,50/57,51/57,3.,带电微粒在复合场中直线运动,(,全国,卷,16),如图,空间某区域存在匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向上,(,与纸面平行,),磁场方向垂直于纸面向里,三个带正电微粒,a,b,c,电荷量相等,质量分别为,m,a,m,b,m,c,已知在该区域内,a,在纸面内做匀速圆周运动,b,在纸面内向右做匀速直线运动,c,在纸面内向左做匀速直线运动,.,以下选项正确是,(,),A.m,a,m,b,m,c,B.m,b,m,a,m,c,C.m,c,m,a,m,b,D.m,c,m,b,m,a,B,解析:,微粒a做匀速圆周运动向心力由洛伦兹力提供,且m,a,g=qE;微粒b受力关系为m,b,g=qE+qv,b,B;微粒c受力关系为m,c,g=qE-qv,c,B,所以m,b,m,a,m,c,选项B正确.,52/57,4.,带电粒子在复合场中运动,(广东仲元期末),如图所表示平行板之间,存在着相互垂直匀强磁场和匀强电场,磁场磁感应强度B,1,=0.20 T,方向垂直纸面向里,电场强度E,1,=1.010,5,V/m,PQ为板间中线.紧靠平行板右侧边缘xOy坐标系第一象限内,有一边界限AO,与y轴夹角AOy=45,边界限上方有垂直纸面向外匀强磁场,磁感应强度B,2,大小未知,边界限下方有水平向右匀强电场,电场强度E,2,=5.010,4,V/m,在x轴上固定一水平荧光屏.一束带电荷量q=8.0,10,-19,C、质量m=8.010,-26,kg正离子从P点射入平行板间,沿中线PQ做直线运动,穿出平行板后从y轴上坐标为0 m,(+1)mQ点垂直y轴射入磁场区,不计离子重力,假设离子射出磁场后不再返回磁场.求:,53/57,(1),离子在平行板间运动速度大小,.,解析:,(1)设离子速度大小为v,因为沿中线PQ做直线运动,则有qE,1,=qvB,1,代入数据解得v=5.010,5,m/s.,答案,:,(1)5.010,5,m/s,54/57,(2),要使离子都不能打到,x,轴上,磁感应强度大小,B,应满足什么条件,?,答案,:,(2)B,2,0.05 T,55/57,(3)若B,2,=T,最终离子打到水平荧光屏上位置C,求离子打到荧光屏上位置C时动能.,56/57,答案,:,(3)6.8310,-14,J,57/57,
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