专题10 带电粒子在复合场中运动的实例分析-【状元桥】2026高考物理一轮总复习（湖北专版）

高考总复习物理 专题十 带电粒子在复合场中运动的实例分析 点拨学法 素养提升 题型一 质谱仪（自主学习） 1.作用 母对训练①(2024·甘谢)质谱仪是科学 测量带电粒子质量和分离同位素的仪器. 研究中的重要仪器，其原理如图所示.I 2.原理（如图所示） 为粒子加速器，加速电压为U；Ⅱ为速度 选择器，匀强电场的电场强度大小为E, 7674737270 方向沿纸面向下，匀强磁场的磁感应强度 大小为B,方向垂直纸面向里：Ⅲ为偏转 分离器，匀强磁场的磁感应强度大小为 B2,方向垂直纸面向里.从S点释放初速 ()加速电场：gU=2mt, 度为零的带电粒子（不计重力），加速后进 (2②)偏转磁场：B="吧，1=2r,由以上 入速度选择器做直线运动，再由O点进 入分离器做圆周运动，最后打到照相底片 312 两式可得 的P点处，运动轨迹如图中虚线所示， 1 2mU r=BN4 ,m=9B,9=20 (1)粒子带正电还是负电？求粒子的比荷， 2U 'm B2r2 (2)求O点到P点的距离 例1如图所示，在容器A中有同一种元素 (3)若速度选择器Ⅱ中匀强电场的电场强 的两种同位素正粒子，它们的初速度几乎 度大小变为E2(E略大于E),方向不 为0，粒子可从容器A下方的小孔S1飘 入加速电场，然后经过S沿着与磁场垂 变，粒子恰好垂直打在速度选择器右挡板 直的方向进入匀强磁场中，最后第一种同 的O点上，求粒子打在O点的速度大小. 位素粒子打到照相底片D上的M点，第 二种同位素粒子打到照相底片D上的N 点.不计同位素粒子的重力.量出M点、N 点到S,的距离分别为x1、x2,则第一种 与第二种同位素粒子在磁场中运动的时 间之比为 O DW····s。 B·· A月 B. C D.2z T2 核心专题突破 题型二回旋加速器（自主学习） 1.构造 压随时间变化如图乙所示)，D形盒半径 为R,匀强磁场的磁感应强度为B,两D 形盒间距离为d(d《R).若用回旋加速 器加速氘核H(设氘核质量、电荷量 q),则下列判断正确的是 () 接交流电源 真室室 线束 如图所示，D、D2是半圆形金属盒，D形盒处 高电海 D形盒 于匀强磁场中，D形盒的缝隙处接交流电源 TT327 粒子源_ 22 2.原理 甲 交流电周期和粒子做圆周运动的周期相 A.加速电压U。越大，氘核获得的最大动 等，使粒子每经过一次D形盒缝隙，粒子 能越大 就被加速一次 B氘核加速的最大动能为TBR 2m 3.最大动能 由B="管、E=之m话得E C氘核在电场中运动的总时间为歌 313 D.该回旋加速器不可以用来加速氦核 BR2 ,粒子获得的最大动能由磁感应强 2m (He) 度B和盒半径R决定，与加速电压无关 母对训练2图为回旋加速器的示意图， 4.总时间 真空容器D形盒放在与盒面垂直的匀强 粒子在磁场中运动一个周期，被电场加速两 磁场中，且磁感应强度B保持不变.两盒 次，每次特加动能心加速次数忌·粒 间狭缝间距很小，粒子从粒子源A处(D 形盒圆心)进入加速电场（初速度近似为 子在磁场中运动的总时间1=T一最易· 零).D形盒半径为R,粒子质量为m、电 荷量为十q,两D形盒间接电压为U的高 2πm_xBR2 gB 2U 频交流电源.不考虑相对论效应、粒子所 例2（多选）回旋加速器是高能物理中的重 受重力和带电粒子穿过狭缝的时间.下列 论述正确的是 要仪器，其原理是利用磁场和电场使带电 粒子回旋加速运动，在运动中经高频电场 反复加速从而使粒子获得很高的能量.如 图甲所示，两个D形金属盒置于恒定的 匀强磁场中，并分别与高频电源相连（电 接交流电源 高考总复习物理 A粒子的能量是由加速电场提供的，能 C.加速氘核(H)和氦核(He)时，它们 获得的最大动能与加速电压U有关 能获得的最大动能相等 B.加速氘核(H)和氦核(He)时，两次 D.若增大加速电压U,则粒子在D形盒 所接高频交流电源的频率应不同 内运动的总时间减少 题型三 电场与磁场叠加的应用实例 1.速度选择器 (4)电源内阻：=pS 江 （6)间路电流：1，平R (1)平行板中电场强度E和磁感应强度B 3.电磁流量计 互相垂直.（如图所示） (1)流量(Q)的定义：单位时间流过导管 (2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选 某一截面的导电液体的体积 择器的条件是9加B=gE,即=号 (2)公式：Q=Sv:S为导管的横截面积，v 是导电液体的流速， (3)速度选择器只能选择粒子的速度，不 (3)导电液体的流速()的计算， 能选择粒子的电性、电荷量、质量. 314 (4)速度选择器具有单向性 ×B× 2.磁流体发电机 如图所示，一圆柱形导管直径为d,用非 (1)原理：如图所示，等离子体喷入磁场， 磁性材料制成，其中有可以导电的液体向 正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转 右流动.导电液体中的自由电荷（正、负离 而聚集在B、A板上，产生电势差，它可以 子)在洛伦兹力作用下发生偏转，使a、b 把离子的动能通过磁场转化为电能， 间出现电势差，当自由电荷所受电场力和 洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差(U)达 到最大，由号-，可得一品 (2)电源正、负极判断：根据左手定则可判 (4)流量的表达式：Q-S=4.马-U 4Ba4B 断出图中的B是发电机的正极 (5)电势高低的判断：根据左手定则可得 (3)电源电动势E:设A、B平行金属板的 面积为S,两极板间的距离为1，磁场磁感 4>9 4.霍尔效应 应强度为B,等离子体的电阻率为ρ，喷入 (1)定义：高为h、宽为d的导体（自由电 气体的速度为，板外电阻为R.当正、负 离子所受电场力和洛伦兹力平衡时，两极 荷是电子或正电荷)置于匀强磁场B中， 板间达到的最大电势差为U(即电源电动 当电流通过导体时，在导体的上表面A 势为UD,则9号=mB,即E=U=Bm 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 核心专题突破 大量正、负带电粒子)从左侧以某一速度 平行于极板喷人磁场，极板间便产生电 压.下列说法正确的是 () (2)电势高低的判断：如图，导体中的电流 M I向右时，根据左手定则可得，若自由电 荷是电子，则下表面A'的电势高.若自由 电荷是正电荷，则下表面A'的电势低。 P■ (3)霍尔电压的计算：导体中的自由电荷 A.极板MN是发电机的正极 (电荷量为q)在洛伦兹力作用下偏转，A、 B.仅增大两极板间的距离，极板间的电 A'间出现电势差，当自由电荷所受电场 压减小 力和洛伦兹力平衡时，A、A'间的电势差 C.仅增大等离子体的喷入速率，极板间 U 的电压增大 (U)就保持稳定，由9B=9元，I=ngS. D.仅增大喷入等离子体的正、负带电粒 S=hd:联立得U= 子数密度，极板间的电压增大 nq 卧对训练4)（多选）安装在排污管道上的 为霍尔系数 流量计可以测量排污流量Q,流量为单位 例3如图所示是一速度选择器，当粒子速 时间内流过管道横截面的流体的体积，如 315 度满足w=时，粒子沿图中虚线水平射 图所示为流量计的示意图.左右两端开口 出；若某一粒子以速度。射入该速度选择 的长方体绝缘管道的长、宽、高分别为a、 器后，运动轨迹为图中实线，则关于该粒 b、c,所在空间有垂直于前后表面、磁感应 子的说法正确的是 强度大小为B的匀强磁场，在上、下两个 面的内侧固定有金属板M、N,污水充满 管道从左向右匀速流动，测得M、N间电 势差为U,污水流过管道时受到的阻力大 小f=L,k是比例系数，L为管道长 入粒子射人的速度一定是>昌 度，0为污水的流速.则 () B粒子射入的速度可能是<号 C.粒子射出时的速度一定大于射入速度 D.粒子射出时的速度一定小于射入速度 A.电压U与污水中离子浓度无关 针对训练3)(2024·湖北)（多选）磁流体 B污水的流量Q=ab 发电机的原理如图所示，MN和PQ是两 C.金属板M的电势低于金属板N的电势 平行金属极板，匀强磁场垂直于纸面向 里.等离子体（即高温下电离的气体，含有 D.左、右两侧管口的压强差△中】高考总复习物理 根据运动学规律有L=416- 2a26 解得L=4.5m. 答案(1)4m/s(2)(0)0.21kg (i)4.5m 专题九带电粒子（带电体）在电 场中运动的综合问题 点拨学法·素养提升 [例1]BC[针对训练1]AD [针对训练2]B [例2]解析(1)根据匀强电场中电场强度与 电券差的关系，可得电场强度E一=光 (2)小球做圆周运动，在A点有gE一 mg=m L 解得n= gU-mgL m 对小球从A到B的过程，根据动能定理 有-mgL+gU=2m%- 2m， 解得B= 3(gU-mgL) 鉴系(1光 (2) gU-mgL 3(gU-mgL】 m [针对训练3]B [针对训练4幻解析(1)设球在A点时的速 度大小为v1,重力G=mg=0.12× 10N=1.2N, 电场力F=qE=1.6×10-6×3× 105N=4.8N, vi 在A点有qE-mg=mR, 代入数据解得=6m/s. (2)设球在B点的速度大小为2，从A 到B,由动能定理有(qE-mg)·2R= n呢-m听， 1 5 在B点，设轨道对小球弹力为F、, 则有十mg一gE=袋， 由牛顿第三定律有FN=FN, 代入数据解得FN=21.6N. 答案(1)6m/s(2)21.6N [例3]AD[针对训练5]C [针对训练6]解析(1)因为小球在达到B 点之前做匀速直线运动， 所以F=F=mg=2N, 小球匀速运动的速度大小h _P=10 m/s. (2)A到B过程中，由动能定理得 P-mg·AB=mi, 其中B=%=10m/s, 解得t=3s. (3)小球从B点到C点，由动能定理得 -(mg+qE·2-m呢-2mi, 解得c=2/10m/s, 若小球拾好过C点，则mg十qE=m二， 解得v=√I5m/s<c, 则在C点，根据牛顿第二定律 mg十gE+FN=m呢 解得轨道对小球的弹力FN=25N! 答案(1)10m/s (2)3s(3)可以 25N 专题十带电粒子在复合场中运 动的实例分析 点拨学法·素养提升 [例1]c [针对训练1]解析(1)粒子在Ⅲ中向上偏 转，根据左手定则可知粒子带正电；设粒 子的质量为m,电荷量为q,粒子进入速 8 度选择器时的速度为，在速度选择器 中粒子做匀速直线运动，由平衡条件有 guo B1=gE1, 在加速电场中，由动能定理有gU=26, 联立解得，粒子的比荷9= m 2UB? (2)在Ⅲ中粒子受到的洛伦兹力提供向 心力，有q%B,=m明，可得0点到P点 的距离0P=2r=品 4UB (3)进入Ⅱ瞬间，粒子受到向上的洛伦兹 力，F洛=qB1, 向下的电场力F=qE2, 由于E2>E1,且q6B1=qE, 所以通过配速法，如图所示， IX XX + B 9vB B. × + + S 0x + 9 其中满足qE2=q(%十))B. 则粒子在速度选择器中水平向右以速度 6十山做匀速运动的同时，以做匀速 圆周运动，当线速度转向到水平向右时，满 足垂直打在速度选择器右挡板的O点的 要求，故此时粒子打在O点的速度大小 0=w十u十w=2E-E B 答案(1)带正电 E 2UB? (2)AB E B2 (3)2E2-E B [例2]BC[针对训练2]D [例3]B[针对训练3]AC [针对训练4幻AD 52 参考答案 专题十一 带电粒子在叠加场和 组合场中的运动 点拨学法·素养提升 [例1]解析(1)小球在磁场中做匀速圆周运 动，则电场力和重力平衡，即qE=mg, 匀强电场的电场强度大小E=m q (2)小球从O点以与x轴成0角射入第 一象限，运动轨迹如图所示， 轨迹圆心C与交，点D的连线平行y轴， 设圆形区域的圆心为C,由几何关系可 知，四边形CDCO是菱形，所以小球在 磁场中运动的轨道半径为r=R, 洛伦兹力提供向心力，即g0B=m r, 解得磁感应强度B=m巴 gR (3)小球从0点以与x轴成日=晋角射 入第一象限， 小球在磁场中的运动周期T=2迟， U, 小球在磁场中运动时间(=2X 2% 小球在圆形区域做匀速直线运动，通过 的距离L=2Rsin0, 运动时间t2= 2Rsin 0 从O点出发到再次回到O,点经历的时 间t=4十t2=(4r+2sin0-20)R