重难点08 带电粒子在复合场中的运动—2021年高考物理【热点·重点·难点】专练（新高考版）

2021年高考物理【热点·重点·难点】专练（新高考专用） 重难点08 带电粒子在复合场中的运动 【知识梳理】 考点 带电粒子在组合场中的运动 1． 带电粒子在组合场中的运动是力电综合的重点和高考热点．这类问题的特点是电场、磁场或重力场依次出现，包含空间上先后出现和时间上先后出现，磁场或电场与无场区交替出现相组合的场等．其运动形式包含匀速直线运动、匀变速直线运动、类平抛运动、圆周运动等，涉及牛顿运动定律、功能关系等知识的应用． 复习指导：1.理解掌握带电粒子的电偏转和磁偏转的条件、运动性质，会应用牛顿运动定律进行分析研究，掌握研究带电粒子的电偏转和磁偏转的方法，能够熟练处理类平抛运动和圆周运动． 2．学会按照时间先后或空间先后顺序对运动进行分析，分析运动速度的承前启后关联、空间位置的距离关系、运动时间的分配组合等信息将各个运动联系起来． 2． 解题时要弄清楚场的性质、场的方向、强弱、范围等． 3． 要进行正确的受力分析，确定带电粒子的运动状态． 4． 分析带电粒子的运动过程，画出运动轨迹是解题的关键 【重点归纳】 1、求解带电粒子在组合复合场中运动问题的分析方法 （1）正确受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析． （2）确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合． （3）对于粒子连续通过几个不同区域、不同种类的场时，要分阶段进行处理． （4）画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律． 2、带电粒子在复合场中运动的应用实例 （1）质谱仪 （2）回旋加速器 （3）速度选择器 （4）磁流体发电机 （5） 电磁流量计工作原理 【限时检测】（建议用时：30分钟） 一、单选题 1．如图所示为一种质谱仪的工作原理示意图，此质谱仪由粒子源、加速电场、静电分析器和磁分析器组成。加速电场的加速电压为 ，半圆形通道内有方向指向圆心的均匀电场，在中心线处的电场强度大小为 ；磁分析器中分布着方向重直于纸面向外，磁感应强度为 的范围足够大的有界匀强磁场，其上边界与静电分析器的下边界重合。由粒子源发出一个质量为 、电荷量为 的粒子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后沿垂直静电分析器左侧边界的方向进入并沿中心线通过静电分析器，由 点进入磁分析器中，最终打到胶片上的 点。下列说法正确的是（　　） A．加速电场的极板 比极板 的电势低 B．磁分析器中 点到 点的距离 C．只有比荷等于 的带正电粒子经加速电压 加速后才可以沿通道中心线通过静电分析器，进入磁分析器 D．若某次使用时，磁场的上边界绕 点逆时针转了30°，质量为 、电荷量为 的粒子最终将打到胶片上的 点 【答案】 D 【解析】 A．带电粒子最终打到胶片 上，根据磁场方向和左手定则可知粒子带正电，在加速电场中能够被加速，则极板 比极板 电势高，A错误； B．带电粒子在加速电场中加速，根据动能定理可得 ，带电粒子在磁分析器中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由此可得 ，联立以上各式可得 因此磁分析器中 点到 点的距离为 故B错误； C．粒子通过静电分析器时，电场力提供向心力，由此可得 ，而 解得 即带电粒子在静电分析器中运动的轨迹半径 与带电粒子的比荷无关，所以比荷不等于 的带正电粒子经加速电压 加速后也可以沿通道中心线通过静电分析器，进入磁分析器，故C错误； D．质量为 、电荷量为 的粒子从 点进入磁场，轨迹半径 设粒子从磁场上边界的 点射出，然后做匀速直线运动打在胶片上的 点，如图所示，由几何关系有， 即胶片上的 点与 点重合，D正确。 故选D。 2．如图所示，纸面为竖直面，MN为竖直线段，MN之间的距离为h，空间存在平行于纸面的足够宽的匀强电场，其大小和方向未知，图中未画出，一带正电的小球从M点在纸面内以v0( 的速度水平向左开始运动，以后恰好以大小为v ( v0的速度通过N点。已知重力加速度g，不计空气阻力。则下列说法正确的的是（　　） A．可以判断出电场强度的方向水平向左 B．从M点到N点的过程中小球的机械能先增大后减小 C．从M到N的运动过程中小球的速度最小为 D．从M到N的运动过程中小球的速度最小为 【答案】 D 【解析】 A．小球运动的过程中重力与电场力做功，设电场力做的功为W，则有 代入 解得 说明MN为电场的等势面，可知电场的方向水平向右，故A错误； B．水平方向小球受向右的电场力，所以小球先向左减速后向右加速，电场力先负功后正功，机械能先减小后增加，故B错误； CD．设经过时间t1小球的速度最小，则竖直方向 水平方向 合速度 由数学知识可知，v的最小值为 故C错误，D正确。 故选D。 3．某同学根据法拉第的设想，设计用两块金属板验证是否真的能利用地磁场以及河流来发电，他在西江中插入两块金属板，河水以速度v自西向东从两板间流过，已知佛山