专题09 带电粒子在电磁场中的运动（讲义） -【高频考点解密】2024年高考物理二轮复习高频考点追踪与预测（新高考专用）

专题09 带电粒子在电磁场中的运动 01专题网络·思维脑图 02考情分析·解密高考 03高频考点·以考定法 04核心素养·难点突破 05创新好题·轻松练习 考点内容 考情预测 回旋加速器、质谱仪及霍尔元件等洛伦兹力的应用实例 高考对于这部分知识点主要通过带电粒子在电场、磁场以及它们的叠加场或者组合场运动等抽象的物理模型进行命题设计，体现物理对微观粒子的运动、科学技术发展所产生的指导、创新等作用。在解决此类问题时要分析题意中的情境，抓住问题实质，具备一定的空间想象能力和数学推导能力。主要考查的知识点有:带电粒子在场中的运动分析。 2024年备考建议带电粒子在组合场和叠加场是各省市常考的重难点，以及对电磁场的临界情况进行处理方式等。 带电粒子在匀强磁场中的应用 带电粒子在叠加场中的应用 带电粒子在组合场中的运动 利用数学圆巧解磁场中的临界问题 学 习 目 标 1. 熟悉洛伦兹力的应用，即回旋加速器、质谱仪以及霍尔元件等的原理分析及公式推导。 2.熟悉带电粒子在电磁场中的半径、圆心、运动时间等的处理方法。 3.掌握数学圆对电磁场临界问题的处理方式。 【典例1】（2023·广东·统考高考真题）某小型医用回旋加速器，最大回旋半径为，磁感应强度大小为，质子加速后获得的最大动能为．根据给出的数据，可计算质子经该回旋加速器加速后的最大速率约为（忽略相对论效应，）（    ） A． B． C． D． 【典例2】（2023·全国·统考高考真题）如图，一磁感应强度大小为B的匀强磁场，方向垂直于纸面（xOy平面）向里，磁场右边界与x轴垂直。一带电粒子由O点沿x正向入射到磁场中，在磁场另一侧的S点射出，粒子离开磁场后，沿直线运动打在垂直于x轴的接收屏上的P点；SP = l，S与屏的距离为，与x轴的距离为a。如果保持所有条件不变，在磁场区域再加上电场强度大小为E的匀强电场，该粒子入射后则会沿x轴到达接收屏。该粒子的比荷为（   ）      A． B． C． D． 【典例3】（2022·重庆·高考真题）2021年中国全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的纪录。为粗略了解等离子体在托卡马克环形真空室内的运动状况，某同学将一小段真空室内的电场和磁场理想化为方向均水平向右的匀强电场和匀强磁场（如图），电场强度大小为E，磁感应强度大小为B。若某电荷量为q的正离子在此电场和磁场中运动，其速度平行于磁场方向的分量大小为v1，垂直于磁场方向的分量大小为v2，不计离子重力，则（   ） A．电场力的瞬时功率为 B．该离子受到的洛伦兹力大小为qv1B C．v2与v1的比值不断变大 D．该离子的加速度大小不变 考向01 回旋加速器、质谱仪及霍尔元件等洛伦兹力的应用实例 1．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：交变电流的周期和粒子 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． 2．回旋加速器的主要特征 (1)带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，与带电粒子的速度无关． (2)将带电粒子在两盒狭缝之间的运动首尾连起来是一个初速度为零的匀加速直线运动． (3)带电粒子每加速一次，回旋半径就增大一次，所以各半径之比为1∶∶∶… (4)粒子的最后速度v＝，可见带电粒子加速后的能量取决于D形盒的最大半径和磁场的强弱． 3．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组成． (2)原理：粒子由静止在加速电场中被加速，根据动能定理qU＝mv2可知进入磁场的速度v＝.粒子在磁场中受洛伦兹力偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，qvB＝.由以上几式可得出需要研究的物理量如粒子轨道半径、粒子质量、比荷等． 4．质谱仪的主要特征 将质量数不等，电荷数相等的带电粒子经同一电场加速后进入偏转磁场．各粒子由于轨道半径不同而分离，其轨道半径r＝＝＝＝ .在上式中，B、U、q对同一元素均为常量，故r∝，根据不同的半径，就可计算出粒子的质量或比荷． 考向02 带电粒子在匀强磁场中的应用 1．带电粒子在匀强磁场中运动圆心、半径及时间的确定方法． (1)圆心的确定 ①已知入射点、出射点、入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图甲所示，P为入射点，M为出射点)． ②已知入射方向、入射点和出射点的位置时，可以通过入射点作