专题16 带电粒子在复合场中的运动 2023年高考物理三轮精讲突破训练（全国通用）

专题16 带电粒子（带电体）在复合场中的运动 目录 专题16 带电粒子（带电体）在复合场中的运动 1 考向一　带电粒子在叠加场中运动的实例分析 1 考查方式一 质谱仪 1 考查方式二 回旋加速器 3 考查方式三 速度选择器 5 考查方式四 磁流体发电机 7 考查方式五 电磁流量计 9 考查方式六 霍尔元件 9 考向二　带电粒子在组合场中的运动 11 考查方式一 先电场，后磁场 11 考查方式二 先磁场，后电场 14 考向三　带电粒子在叠加场中的运动 17 考查方式一 磁场力，重力并存 17 考查方式二 电场力、磁场力并存 18 考查方式三 电场力、磁场力、重力并存 18 考向四　带电粒子在交变电、磁场中的运动 20 【题型演练】 23 考向一　带电粒子在叠加场中运动的实例分析 考查方式一 质谱仪 (1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成． (2)原理：粒子由静止被加速电场加速，qU＝mv2. 粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝m. 由以上两式可得r＝ ，m＝，＝. 【例1】如图，从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动，自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直．已知甲种离子射入磁场的速度大小为v1，并在磁场边界的N点射出；乙种离子在MN的中点射出；MN长为l.不计重力影响和离子间的相互作用．求： (1)磁场的磁感应强度大小； (2)甲、乙两种离子的比荷之比． [变式]现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，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的12倍．此离子和质子的质量比约为(　　) A．11　　　　　　　 B．12 C．121 D．144 考查方式二 回旋加速器 (1)构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中． (2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由qvB＝， 得Ekm＝，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径r决定，与加速电压无关． 【例2】1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖．若一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是（　　） A．该束带电粒子带负电 B．速度选择器的P1极板带负电 C．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大 D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷越小 [变式]质谱仪是分析同位素的重要的仪器，在物理研究中起非常重要的作用。如图是质谱仪的工作原理示意图。粒子源（在加速电场上方，未画出）产生的带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为和。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片。平板S下方有强度为的匀强磁场。（不计带电粒子的重力）下列表述正确的是（　　） A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里 B．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于 C．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷（）越小 D．粒子所带电荷量相同时，打在胶片上的位置越远离狭缝P，表明其质量越大 考查方式三 速度选择器 若qv0B＝Eq，即v0＝，粒子做匀速直线运动 【例3】在如图所示的电路中，开关S闭合。两平行金属极板a、b间有匀强磁场，一带电粒子以速度v水平匀速穿过两极板，不计粒子重力。下列说法正确的是（　　） A．该粒子一定带正电 B．仅增大粒子的速度，粒子一定向a板偏转 C．仅将滑动变阻器的滑片P向下移动，粒子一定向b板偏转 D．仅增大粒子所带电荷量，粒子一定仍沿水平方向穿过两极板 [变式]如图所示，大量不同的带电粒子从左边容器中的小孔进入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，加速后经过小孔进入速度选择器，选择器中存在正交的匀强电场和匀强磁场，场强大小和磁感应强度大小分别为E和，粒子沿直线通过选择器，再垂直进入右边磁感应强度大小为的匀强磁场中，做匀速圆周运动打在底片上，则（　　） A．打在底片上不同位置的粒子是因为进入右边磁场的速度不同 B．打在底片上不同位置的粒子是因为粒子比荷不同 C．如果速度选择器平行板电量不变，仅使板间距离增大，能沿直线通过选择器的粒子速度变小 D．如果增大速度选择器中磁场的磁感应强度，能沿直线通过选择器的粒子速度变大 考查方式四 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、负电荷，两极电压为U时稳定，q＝qv0B，U＝v0Bd 【例4】如图