考向19 带电粒子在复合场运动-备战2022年高考物理一轮复习考点微专题

考向18 带电粒子在复合场运动-备战2022年高考一轮复习考点微专题 解决目标及考点: 1. 带电粒子在电场和磁场的复合场中运动 2. 带电粒子在组合场中运动 3. 拓展题：临界问题、特殊轨迹运动 【例题1】一台质谱仪的工作原理图如图所示，电荷量均为＋q、质量不同的离子飘入电压为U0的加速电场，其初速度几乎为零.这些离子经加速后通过狭缝O沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，最后打在底片上.已知放置底片的区域MN＝L，且OM＝L.某次测量发现MN中左侧2/3区域MQ损坏，检测不到离子，但右侧1/3区域QN仍能正常检测到离子.在适当调节加速电压后，原本打在MQ区域的离子即可在QN区域检测到. (1)求原本打在MN中点P点的离子质量m； (2)为使原本打在P点的离子能打在QN区域，求加速电压U的调节范围. 【例题2】如图所示，与水平面成37°的倾斜轨道AC，其延长线在D点与半圆轨道DF相切，全部轨道为绝缘材料制成且位于竖直面内，整个空间存在水平向左的匀强电场，MN的右侧存在垂直纸面向里的匀强磁场(C点处于MN边界上)。一质量为0.4 kg的带电小球沿轨道AC下滑，至C点时速度为vC＝ m/s，接着沿直线CD运动到D处进入半圆轨道，进入时无动能损失，且恰好能通过F点，在F点速度为vF＝4 m/s(不计空气阻力，g＝10 m/s2，cos 37°＝0.8)。求： (1)小球带何种电荷？ (2)小球在半圆轨道部分克服摩擦力所做的功； (3)小球从F点飞出时磁场同时消失，小球离开F点后的运动轨迹与直线AC(或延长线)的交点为G点(未标出)，求G点到D点的距离。 查漏补缺 一、复合场与组合场 (1)复合场：电场、磁场、重力场共存，或其中某两场共存。 (2)组合场：电场与磁场在一区域中不重叠，或在同一区域，电场、磁场分时间段或分区域交替出现。 二、带电粒子在复合场、组合场中的常见运动 静止或匀速直线运动 当带电粒子在复合场中所受合力为零时，将处于静止状态或匀速直线运动状态 匀速圆周运动 当带电粒子所受的重力与电场力大小相等，方向相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动 较复杂的曲线运动 当带电粒子所受合力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线 分阶段运动 带电粒子可能依次通过几个情况不同的组合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成 三、带电粒子在复合场中运动的应用实例 装置 原理图 规律 质谱仪 粒子由静止被加速电场加速＝，则比荷mv2＝qU，粒子在磁场中做匀速圆周运动qvB＝ 回旋加速器 交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，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＝ 速度选择器 若qv0B＝Eq，即v0＝，粒子做匀速直线运动 磁流体发电机 等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电，两极电压为U时稳定，q＝qv0B，U＝Bdv0 电磁流量计 2π，所以Q＝vS＝q＝qvB，所以v＝ 霍尔效应 当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差 四、临界问题的模型 1． 缩放圆模型特征：速度方向不变而大小在改变（或磁感应强度变化）射入匀强磁场 2． 缩放圆的几个常见问题 粒子从同一个直线边界进出：速度越大，半径越大，但在磁场中运动时间相等；出磁场速度方向相同 相切，是从下边射出还是从右边射出的临界条件；注意有盲区 可能从OC、BC、AB边射出； 比较时间：①从OC边射出时间相等；②BC、AB边射出：速度越大，弦切角越小，时间越少 3． 环形磁场临界问题 临界圆 临界半径 勾股定理(R2-R1)2=R12+r2 解得： 4． 旋转圆模型特征：速度大小不变而方向不限定（如0—180°范围内）射入匀强磁场中 5． 旋转圆的几个常见问题 距离最远：粒子1，直径Oa 粒子2、3等于Ob； 时间最长：粒子3 时间最短：粒子1，Oa,劣弧，弦长最短，则弧长最短； 时间最长：粒子2 左边最远：直径Oa； 右边最远：相切，c点 时间最短：Ob⊥板，劣弧弦长最短 6． 圆形有界磁场中的旋转圆问题 r<R r>R r=R 在磁场中运动的最远距离为OA=2r 在磁场中运动的最长时间为tmax= = ( ) 离开磁场速度方向垂直于入射点与磁场圆心的连线 7． 找临界点的方法 以题目中的“