第38讲带电粒子在复合场中的运动-2024届高中物理一轮复习提升素养导学案（全国通用）

第38讲带电粒子在复合场中的运动 学习目标 明确目标 确定方向 1.能分析计算带电粒子在复合场中的运动. 2.能够解决速度选择器、磁流体发电机、质谱仪等磁场的实际应用问题 【知识回归】 回归课本 夯实基础 第一部分基础知识梳理 一．质谱仪 1功能：测量带电粒子质量和分离同位素的仪器。 2.原理 (1)电场加速：qU＝mv2； (2)磁场偏转：qvB＝，l＝2r； 由以上两式可得r＝，m＝，＝。 二．回旋加速器的原理和分析 1.加速条件：T电场＝T回旋＝； 2.磁场约束偏转：qvB＝⇒v＝。 3.带电粒子的最大速度vmax＝，rD为D形盒的半径。粒子的最大速度vmax与加速电压U无关。 三．霍尔效应 1.结构：高为h，宽为d的金属导体(自由电荷是电子)置于匀强磁场B中，当电流通过金属导体时，在金属导体的上表面A和下表面A′之间产生电势差，这种现象称为霍尔效应，此电压称为霍尔电压。 2.电势高低的判断：金属导体中的电流I向右时，根据左手定则可得，下表面A′的电势高。 第二部分重难点辨析 1带电粒子在组合场中的运动 带电粒子在组合场中的运动，实际上是几个典型运动过程的组合(如：电场中的加速直线运动、类平抛运动；磁场中的匀速圆周运动)，因此解决此类问题要分段处理，找出各段之间的衔接点和相关物理量。 2带电粒子在叠加场中的运动 1.磁场力、重力并存 (1)若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。 (2)若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，故机械能守恒。 2.电场力、磁场力并存(不计重力) (1)若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。 (2)若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂的曲线运动，可用动能定理求解。 3.电场力、磁场力、重力并存 (1)若三力平衡，带电体做匀速直线运动。 (2)若重力与电场力平衡，带电体做匀速圆周运动。 (3)若合力不为零，带电体可能做复杂的曲线运动，可用能量守恒定律或动能定理求解。　 【典例分析】 精选例题 提高素养 【例1】．如图所示，关于带电粒子（不计重力）在以下四种仪器中运动，下列说法正确的有（　　）    A．甲图中，只要增大加速电压，粒子最终就能获得更大的动能 B．乙图中，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小 C．丙图中，等离子体进入A、B极板之间后，A极板电势低于B极板电势 D．丁图中，从左侧射入的带负电粒子，若速度满足，将向上极板偏转 【例2】．实验中，将离子束从回旋加速器中引出可以采用磁屏蔽通道法。使用磁屏蔽通道法引出离子的原理如图所示：离子从P点以速度v进入通道时，由于引出通道内的磁场强度发生改变，离子运动轨迹半径增大，可使离子引出加速器。已知回旋加速器D型盒的半径为R，圆心在O点，D型盒区域中磁场垂直纸面向里，磁感应强度为B，引出通道外侧末端Q点到O点距离为L，OQ与OP的夹角为θ，离子带电为q，质量为m，则（　　）    A．离子经过引出通道后的速度大于v B．引出通道内的磁感应强度大于B C．若离子恰能从引出通道的Q点引出，引出通道中的磁感应强度 D．若引出通道中磁场为时，该离子能引出加速器，则此时将一带电量2q，质量为2m的离子一定不能从加速器中引出 【例3】．如图所示，在半径大小未知的圆形与边长为2L的等边三角形框架DEF之间有磁感应强度大小为B的匀强磁场，其方向垂直纸面向里，已知等边三角形中心与圆心重合。在三角形DEF内放置平行板电容器MN，两板间距为d，N板紧靠EF边，N板及EF中点S处均开有小孔，在两板间靠近M板处有一质量为m、电荷量为q（q>0）的带电粒子由静止释放，粒子经过S处的速度大小为，方向垂直于EF边并指向磁场。若粒子每次与三角形框架的碰撞均为弹性碰撞且垂直，粒子在碰撞过程中质量、电荷量均不变，不计带电粒子的重力，平行板电容器MN产生的电场仅限于两板间，求： （1）MN间匀强电场的场强大小； （2）若从S点发射出的粒子能再次垂直返回到S点，磁场圆形区域的半径最小值R； （3）若粒子经过S处的速度大小可变且能再次垂直返回到S点，圆形磁场区域的半径足够大，求从S点出发到第一次垂直返回到S点所对应的速度应该满足的条件及全程所用时间。 【例4】．如图所示，空间