第十章 第3讲 带电粒子在复合场中的运动-【金版教程】2024高考物理一轮复习解决方案全书word（新教材）

金版教程 高考科学复习解决方案 物理 第讲　带电粒子在复合场中的运动 [教材阅读指导] (对应人教版选择性必修第二册相关内容及问题) 　第一章第2节[练习与应用]T3，速度选择器选择出的带电粒子有什么特点？与粒子的质量、所带电荷的电性、电量有什么关系？ 提示：所选择出的带电粒子的速度均为，与粒子的质量、所带电荷的电性、电量均无关。 　第一章第2节[练习与应用]T3，对图1.2－11，若使带电粒子从速度选择器的右侧进入，能否选择出速度大小为的带电粒子？ 提示：不能。 　第一章第2节[练习与应用]T4。 提示：(1)B板；(2)Bdv。 　第一章第4节图1.4－1，不计粒子的重力，在电压U及磁感应强度B相同的情况下，在磁场中转动半径大的粒子的比荷较大还是较小？ 提示：较小。 　第一章第4节[练习与应用]T4，回旋加速器所加交流电源的频率应为多大？粒子加速后获得的最大动能是多少？与所加电源的电压大小有关吗？ 提示：所加电源的频率应为；粒子加速后获得的最大动能为，与所加电源的电压大小无关。 物理观念　带电粒子在复合场中的运动 1．组合场与叠加场 (1)组合场：静电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，或在同一区域，静电场、磁场分时间段交替出现。 (2)叠加场：静电场、磁场、重力场在同一区域共存，或其中某两场在同一区域共存。 2．三种场的比较 项目 名称 力的特点 功和能的特点 重力场 大小：G＝mg 方向：竖直向下 重力做功与路径无关 重力做功改变物体的重力势能 静电场 大小：F＝qE 方向：①正电荷受力方向与场强方向相同 ②负电荷受力方向与场强方向相反 静电力做功与路径无关 W＝qU 静电力做功改变电势能 磁场 洛伦兹力大小：F＝ qvB 方向：根据左手定则判定 洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的动能 3.带电粒子在复合场中的运动分类 (1)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，将处于静止状态或做匀速直线运动。 (2)匀速圆周运动 当带电粒子所受的重力与静电力大小相等，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。 (3)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时，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹一般既不是圆弧，也不是抛物线。 (4)分阶段运动 带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域，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。 物理观念　带电粒子在复合场中运动的应用实例 (一)电场、磁场分区域应用实例 1．质谱仪 (1)构造：如图甲所示，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，根据动能定理可得关系式qU＝mv2。 粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式qvB＝m。 由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷。 r＝_，m＝，＝。 2．回旋加速器 (1)构造：如图乙所示，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，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速。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。 (二)电场、磁场同区域并存的实例 装置 原理图 规律 速度选择器 若qv0B＝qE，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，使两极板带电，当q＝qv0B时，两极板间能达到最大电势差U＝Bv0d 电磁流量计 当q＝qvB时，有v＝，流量Q＝Sv＝ 霍尔元件 在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的两个面间出现了电势差，这种现象称为霍尔效应 一 堵点疏通 1．带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动，必有mg＝qE，洛伦兹力提供向心力。(　　) 2．粒子速度选择器只选择速度大小，不选择速度方向。(　　) 3．回旋加速器中粒子获得的最大动能与加速电压有关。(　　) 4．带电粒子在重力、静电力(恒力)、洛伦兹力三个力作用下可以做变速直线运动。(　　) 5．质谱仪可以测带电粒子的比荷。(　　) 6．有的时候，题目中没明确说明时，带电粒子是否考虑重力，要结合运动状态进行判定。(　　) 答案　1.×　2.×　3.×　4.×　5.√　6.√ 二 对点激活 1. (多选)如图所示，一带电小球在一正交电场、磁场区域里做匀速圆周运动，电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里，则下列说法正确的