《2023年《志鴻優(yōu)化設(shè)計(jì)》屆高考物理江蘇專用第一輪復(fù)習(xí)教學(xué)案第八章磁場第三節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng).doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2023年《志鴻優(yōu)化設(shè)計(jì)》屆高考物理江蘇專用第一輪復(fù)習(xí)教學(xué)案第八章磁場第三節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng).doc（13頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、第三節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)一、復(fù)合場1復(fù)合場（1）疊加場：電場、_、重力場共存，或其中某兩場共存。（2）組合場：電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊或在同一區(qū)域，電場、磁場_出現(xiàn)。2三種場的比較二、帶電粒子在復(fù)合場中的應(yīng)用舉例1質(zhì)譜儀（1）構(gòu)造：如圖所示，質(zhì)譜儀由粒子源、加速電場、勻強(qiáng)磁場和照相底片組成。（2）功能：測量同位素的質(zhì)量和比荷。（3）工作原理：質(zhì)子數(shù)相同而質(zhì)量數(shù)不同的原子互稱為同位素。在圖中，如果容器A中含有電荷量相同而質(zhì)量有微小差別的粒子，它們先在加速電場中由靜止被加速，然后進(jìn)入磁場后將沿著不同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打在照相底片不同的地方，在底片上形成若干譜線狀的細(xì)條，叫質(zhì)譜線

2、。每一條對(duì)應(yīng)于一定的質(zhì)量，從譜線的位置可以知道圓周的半徑r，如果再已知帶電粒子的電荷量q，就可算出它的質(zhì)量。根據(jù)動(dòng)能定理可以求出粒子離開電場時(shí)的速度v_；根據(jù)洛倫茲力提供向心力得粒子軌道半徑R_。聯(lián)立以上方程可得粒子的比荷_，若已知q，則粒子的質(zhì)量m_。2回旋加速器（1）構(gòu)造：如圖所示，回旋加速器由兩個(gè)半圓形D形盒組成，D形盒處于勻強(qiáng)磁場中，其狹縫處接交流電源?；匦铀倨鞯腄形盒（2）原理：交流電周期與粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期_，粒子在圓周運(yùn)動(dòng)的過程中一次一次經(jīng)過D形盒縫隙，兩D形盒間的電勢(shì)差一次一次地反向，粒子就會(huì)一次一次地加速，最終從D形盒的邊沿被引出。若D形盒的半徑為R，則由qvBm得最

3、大動(dòng)能Ekm，可見帶電粒子獲得的最大能量由_和_決定。3粒子速度選擇器（1）構(gòu)造：平行板中電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相_，這種裝置能把具有一定_的粒子選擇出來，所以叫速度選擇器。（2）帶電粒子能夠勻速沿直線通過速度選擇器的條件是_，即v=_。速度v與粒子電荷量、電性、質(zhì)量無關(guān)。4磁流體發(fā)電機(jī)（1）磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)。（2）根據(jù)左手定則，如圖中的B是發(fā)電機(jī)_。（3）磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為l，等離子體速度為v，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則由qEqqvB得兩極板間能達(dá)到的最大電勢(shì)差U_。5電磁流量計(jì)工作原理：如圖所示，圓形導(dǎo)管直徑為d，用_制成，導(dǎo)電液體在管中向左流動(dòng)，導(dǎo)電流體中的自由電荷（

4、正、負(fù)離子）在洛倫茲力的作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢(shì)差，形成電場，當(dāng)自由電荷所受的電場力和洛倫茲力平衡時(shí)，a、b間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定，即：qvB_，所以v_，因此液體流量QSv。6霍爾效應(yīng)在勻強(qiáng)磁場中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)_與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了_，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差，其原理如圖所示。7電視顯像管電視顯像管是應(yīng)用電子束_（填“電偏轉(zhuǎn)”或“磁偏轉(zhuǎn)”）的原理來工作的，使電子束偏轉(zhuǎn)的_（填“電場”或“磁場”）是由兩對(duì)偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的。顯像管工作時(shí)，由_發(fā)射電子束，利用磁場來使電子束偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電視技術(shù)中的_，使整個(gè)熒光屏都

5、在發(fā)光。1一個(gè)電子穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn)（電子重力不計(jì)），則（）A此空間一定不存在磁場B此空間一定不存在電場C此空間可能只有勻強(qiáng)磁場，方向與電子速度方向垂直D此空間可能同時(shí)有電場和磁場2一個(gè)帶電粒子以初速度v0垂直于電場方向向右射入勻強(qiáng)電場區(qū)域，穿出電場后接著又進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū)域。設(shè)電場和磁場區(qū)域有明確的分界線，且分界線與電場強(qiáng)度方向平行，如圖中的虛線所示。在如圖所示的幾種情況下，可能出現(xiàn)的是（）3如圖為一“濾速器”裝置的示意圖。a、b為水平放置的平行金屬板，一束具有各種不同速率的電子沿水平方向經(jīng)小孔O進(jìn)入a、b兩板之間。為了選取具有某種特定速率的電子，可在a、b間加上電壓，并沿垂直于紙面的方

6、向加一勻強(qiáng)磁場，使所選電子仍能沿水平直線OO運(yùn)動(dòng)，由O射出。不計(jì)重力作用?？赡苓_(dá)到上述目的的辦法是（）A使a板電勢(shì)高于b板，磁場方向垂直紙面向里B使a板電勢(shì)低于b板，磁場方向垂直紙面向里C使a板電勢(shì)高于b板，磁場方向垂直紙面向外D使a板電勢(shì)低于b板，磁場方向垂直紙面向外4易錯(cuò)辨析：請(qǐng)你判斷下列表述正確與否，對(duì)不正確的，請(qǐng)予以更正。（1）利用回旋加速器可以將帶電粒子的速度無限制的加速。（2）粒子能否通過速度選擇器，除與速度有關(guān)外，還與粒子的帶電正、負(fù)有關(guān)。（3）磁流體發(fā)電機(jī)中，根據(jù)左手定則，可以確定正、負(fù)粒子的偏轉(zhuǎn)方向，從而確定正、負(fù)極或電勢(shì)高低。一、對(duì)速度選擇器的理解自主探究1（2023廣東汕

7、頭教學(xué)質(zhì)量測評(píng)）如圖所示，水平放置的兩塊平行金屬板，充電后與電源斷開。板間存在著方向豎直向下的勻強(qiáng)電場E和垂直于紙面向里、磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子（不計(jì)重力及空氣阻力），以水平速度v0從兩極板的左端中間射入場區(qū)，恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)。則（）A粒子一定帶正電B若僅將板間距離變?yōu)樵瓉淼?倍，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡偏向下極板C若將磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場強(qiáng)度均變?yōu)樵瓉淼?倍，粒子仍將做勻速直線運(yùn)動(dòng)D若撤去電場，粒子在板間運(yùn)動(dòng)的最長時(shí)間可能是思考：復(fù)合場中粒子重力是否考慮如何判斷？歸納要點(diǎn)1解決有電場力和洛倫茲力參與的力學(xué)問題的思路：受力分析，注意洛倫茲力與速度垂直且與速度有關(guān)的特點(diǎn)，利用

8、帶電粒子在復(fù)合場中做直線運(yùn)動(dòng)的條件，合力為零或合力方向與粒子速度方向在同一條直線上分析相關(guān)問題。值得注意的是，當(dāng)帶電粒子受洛倫茲力和恒力作用而做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其一定是勻速直線運(yùn)動(dòng)，合力為零。2速度選擇器具有單向性，即具有單一的入口和出口。二、對(duì)回旋加速器的理解自主探究2回旋加速器是用于加速帶電粒子，使之獲得很大動(dòng)能的儀器，其核心部分是兩個(gè)D形金屬扁盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒間狹縫中形成勻強(qiáng)電場，使粒子每次穿過狹縫都得到加速；兩盒放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，若粒子源射出的粒子電荷量為q、質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為Rmax，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B

9、，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，問：（1）粒子在盒內(nèi)磁場中做何種運(yùn)動(dòng)？（2）粒子在兩盒間狹縫內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？（3）所加交變電壓頻率為多大？粒子運(yùn)動(dòng)角速度為多大？（4）粒子離開加速器時(shí)速度為多大？（5）設(shè)兩D形盒間電場的電勢(shì)差為U，盒間距離為d，求加速到上述能量所需的時(shí)間。思考1：加速電壓越大，粒子最終獲得的動(dòng)能越大嗎？思考2：經(jīng)回旋加速器加速的粒子最終獲得的動(dòng)能與哪些因素有關(guān)？思考3：高頻電源的周期與粒子在磁場中運(yùn)轉(zhuǎn)的周期有什么關(guān)系？歸納要點(diǎn)1回旋加速器的最大動(dòng)能Ekmax：由于D形盒的半徑R一定，由軌道半徑公式可知vmax，所以最大動(dòng)能Ekmaxmv?？梢姡m然洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功，但Ekmax卻與

10、B有關(guān)。由于nqUmvEkmax，進(jìn)一步可知，加速電壓的高低只會(huì)影響帶電粒子加速的總次數(shù)，并不影響回旋加速后的最大動(dòng)能。2在回旋加速器內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間的求法：設(shè)加速了n次，則在磁場中轉(zhuǎn)了周，t磁T。在電場中的運(yùn)動(dòng)可看成連續(xù)的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)位移為nd，而平均速度，vmax為最后加速得到的速度，所以ndt電，t電。三、對(duì)霍爾效應(yīng)的理解自主探究3利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器，廣泛應(yīng)用于測量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域。如圖甲，將一金屬或半導(dǎo)體薄片垂直置于磁場B中，在薄片的兩個(gè)側(cè)面a、b間通以電流I時(shí)，另外兩側(cè)c、f間產(chǎn)生電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。其原因是薄片中的移動(dòng)電荷受洛倫茲力的作用向一側(cè)偏轉(zhuǎn)和積

11、累，于是c、f間建立起電場EH，同時(shí)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差UH。當(dāng)電荷所受的電場力與洛倫茲力處處相等時(shí)，EH和UH達(dá)到穩(wěn)定值，UH的大小與I和B以及霍爾元件厚度d之間滿足關(guān)系式UHRH，其中比例系數(shù)RH稱為霍爾系數(shù)，僅與材料性質(zhì)有關(guān)。（1）設(shè)半導(dǎo)體薄片的寬度（c、f間距）為l，請(qǐng)寫出UH和EH的關(guān)系式；若半導(dǎo)體材料是電子導(dǎo)電的，請(qǐng)判斷圖甲中c、f哪端的電勢(shì)高；（2）已知半導(dǎo)體薄片內(nèi)單位體積中導(dǎo)電的電子數(shù)為n，電子的電荷量為e，請(qǐng)導(dǎo)出霍爾系數(shù)RH的表達(dá)式（通過橫截面積S的電流InevS，其中v是導(dǎo)電電子定向移動(dòng)的平均速率）；（3）圖乙是霍爾測速儀的示意圖，將非磁性圓盤固定在轉(zhuǎn)軸上，圓盤的周邊等距離地嵌裝

12、著m個(gè)永磁體，相鄰永磁體的極性相反。霍爾元件置于被測圓盤的邊緣附近。當(dāng)圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍爾元件輸出的電壓脈沖信號(hào)圖象如圖丙所示。a若在時(shí)間t內(nèi)，霍爾元件輸出的脈沖數(shù)目為P，請(qǐng)導(dǎo)出圓盤轉(zhuǎn)速N的表達(dá)式。b利用霍爾測速儀可以測量汽車行駛的里程。除此之外，請(qǐng)你展開“智慧的翅膀”，提出另一個(gè)實(shí)例或設(shè)想。思考1：有的同學(xué)認(rèn)為“根據(jù)左手定則，正電荷向f側(cè)面偏轉(zhuǎn)，故f端電勢(shì)高于c端電勢(shì)?！闭?qǐng)分析該同學(xué)錯(cuò)在什么地方。思考2：帶電粒子在電場與磁場的復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，都存在怎樣的力學(xué)關(guān)系？歸納要點(diǎn)1無論是速度選擇器、回旋加速器、質(zhì)譜儀，還是電磁流量計(jì)、霍爾電勢(shì)差，其實(shí)質(zhì)都是帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng)，

13、只是運(yùn)動(dòng)過程較復(fù)雜而已。2解題思路主要有：（1）力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。根據(jù)帶電體所受的力，運(yùn)用牛頓第二定律并結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求解。（2）功能關(guān)系。根據(jù)場力及其他外力對(duì)帶電粒子做功引起的能量變化或全過程中的功能關(guān)系解決問題，這條線索不但適用于均勻場，也適用于非均勻場，因此要熟悉各種力做功的特點(diǎn)。命題研究一、帶電粒子在組合場中的運(yùn)動(dòng)【題例1】在平面直角坐標(biāo)系xOy中，第象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，第象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點(diǎn)以速度v0垂直于y軸射入電場，經(jīng)x軸上的N點(diǎn)與x軸正方向成=60角射入磁場，最后從y軸負(fù)半軸上的

14、P點(diǎn)垂直于y軸射出磁場，如圖所示。不計(jì)粒子重力，求：（1）M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UMN；（2）粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r；（3）粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的總時(shí)間t。思路點(diǎn)撥：根據(jù)粒子在不同區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和受力特點(diǎn)畫出軌跡，分別利用類平拋和圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法列方程求解。解題要點(diǎn)：規(guī)律總結(jié)解決帶電粒子在組合場中運(yùn)動(dòng)問題的思路方法命題研究二、帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)【題例2】如圖甲所示，寬度為d的豎直狹長區(qū)域內(nèi)（邊界為L1、L2），存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場和豎直方向上的周期性變化的電場（如圖乙所示），電場強(qiáng)度的大小為E0，E0表示電場方向豎直向上。t0時(shí)，一帶正電、質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的N1點(diǎn)以

15、水平速度v射入該區(qū)域，沿直線運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)后，做一次完整的圓周運(yùn)動(dòng)，再沿直線運(yùn)動(dòng)到右邊界上的N2點(diǎn)。Q為線段N1N2的中點(diǎn)，重力加速度為g。上述d、E0、m、v、g為已知量。（1）求微粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。唬?）求電場變化的周期T；（3）改變寬度d，使微粒仍能按上述運(yùn)動(dòng)過程通過相應(yīng)寬度的區(qū)域，求T的最小值。思路點(diǎn)撥：正確分析帶電粒子的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)過程及物理模型選擇合適的物理規(guī)律列方程求解。解題要點(diǎn)：規(guī)律總結(jié)帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的分析方法（1）弄清復(fù)合場的組成。（2）進(jìn)行受力分析。（3）確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合。（4）對(duì)于粒子連續(xù)通過幾個(gè)不同種類的場時(shí)，要分階段進(jìn)行處理。（5）畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，靈活選