第10章 专题提升14 带电粒子在复合场中运动的实例(课件PPT)-【精微方案】2027年高考一轮总复习讲义·物理

该高中物理高考复习课件聚焦“带电粒子在复合场中运动的实例”专题，覆盖质谱仪、回旋加速器、速度选择器等核心考点，依据高考评价体系梳理原理理解、定量计算等考查要求，通过近五年真题统计明确“磁场中圆周运动”“力的平衡条件”等高频考点分布，归纳四大题型，体现高考备考的针对性和实用性。 课件的亮点在于“真题解析+模型建构+科学思维”的备考策略，如以2025年广东卷同步加速器题为例，运用科学推理和模型建构素养，剖析洛伦兹力提供向心力的解题关键，总结“公式推导+几何关系分析”等突破方法。特设易错点警示，帮助学生掌握答题技巧，教师可据此精准教学，助力高考冲刺阶段高效复习。

专题提升十四　带电粒子在复合场中运动的实例 [复习目标] 1．理解质谱仪和回旋加速器的原理，并能解决相关问题。　2.会分析电场和磁场叠加的几种实例。 返回导航 内 容 索 引 题型一 1 题型二 1 2 第一部分 题型一　质谱仪 4 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。 返回导航 返回导航 C A.该粒子带负电 B.该粒子比荷为9×108 C/kg C.该粒子在磁场中运动的时间约为1.96×10－5 s D.若电压U不变，打到Q点的粒子比荷大于打到P点的粒子 返回导航 [解析]　粒子进入磁场后向左偏转，根据左手定则可知，该粒子带正电，A错误； 返回导航 返回导航 例2 (2026·北京昌平区期末)质谱仪是科学研究中的重要仪器，其原理如图所示。Ⅰ为粒子加速器，Ⅱ为速度选择器，电场与磁场正交，匀强电场的电场强度为E1，匀强磁场的磁感应强度为B1，Ⅲ为偏转分离器，匀强磁场的磁感应强度为B2，方向垂直于纸面向里。在S处有粒子源发射出带电粒子，经加速器加速后进入速度选择器，被速度选择器选中的粒子由O点进入偏转分离器做匀速圆周运动，最后打到照相底片的P点，测得OP之间的距离为d。不计粒子的重力，不考虑粒子间的相互作用。 返回导航 (1)求被速度选择器选中的粒子的速度大小v。 返回导航 返回导航 [答案]　见解析 返回导航 第二部分 题型二　回旋加速器 14 1．构造 如图所示，D1、D2是两个中空的半圆金属盒，两个D形盒处于匀强磁场中，D形盒的缝隙处接交流电源。 2．原理 交流电周期和粒子做圆周运动的周期相等，使粒子每经过一次D形盒缝隙，粒子被加速一次。 返回导航 返回导航 例3 (多选)(2026·福建泉州市质检)某种回旋加速器示意图如图所示，A、C板间有恒定电场，两个D形盒内有相同的匀强磁场，两条平行虚线之间没有电场和磁场。带电粒子(重力不计)从小孔P进入电场，加速后进入D形盒内做匀速圆周运动，回到P孔后再次加速，依次类推，则(　　) A.粒子每次在D形盒内运动的时间均相等 B.粒子每次在A、C板间加速过程增加的动能不同 C.磁感应强度越小，粒子所能获得的最大速度越大 D.D形盒的半径越大，粒子所能获得的最大速度越大 AD 返回导航 根据动能定理，可知粒子每次在A、C板间加速过程增加的动能均为ΔEk＝qU，故B错误； 返回导航 返回导航 例4 (2025·广东卷，T6)某同步加速器简化模型如图所示，其中仅直通道PQ内有加速电场，三段圆弧内均有可调的匀强偏转磁场B。带电荷量为－q、质量为m的离子以初速度v0从P处进入加速电场后，沿顺时针方向在 加速器内循环加速。已知加速电压为U，磁场区域中离子的偏转半径均为R。忽略离子重力和相对论效应，下列说法正确的是(　　) A.偏转磁场的方向垂直于纸面向里 B.第1次加速后，离子的动能增加了2qU A 返回导航 [解析]　离子沿顺时针方向在加速器内循环加速，在磁场区域中做圆周运动，由左手定则可知偏转磁场的方向垂直于纸面向里，A正确； 由动能定理有qU＝ΔEk，则第1次加速后，离子的动能增加了qU，B错误； 返回导航 返回导航 第三部分 题型三　电场与磁场叠加的应用实例 23 　考向1　速度选择器 1．平行板间电场强度E和磁感应强度B互相垂直。(如图) 返回导航 例5 (多选)(2026·新疆乌鲁木齐市质监)速度选择器是质谱仪的重要组成部分，工作时电场和磁场共同作用，能从各种速率的带电粒子中选择出具有一定速率的粒子。下列图示结构中电场方向均水平，磁场方向均垂直于纸面，则下列结构能成为速度选择器的是(　　) BC 返回导航 [解析]　题图A中从入口射入的正电荷受向左的电场力和向左的洛伦兹力，电荷向左偏转，则该结构不能成为速度选择器，故A错误； 题图B中从入口射入的正电荷受向右的电场力和向左的洛伦兹力，当二力平衡时电荷沿直线从出口射出，则该结构能成为速度选择器，故B正确； 题图C中从入口射入的正电荷受向左的电场力和向右的洛伦兹力，当二力平衡时电荷沿直线从出口射出，则该结构能成为速度选择器，故C正确； 题图D中从入口射入的正电荷受向右的电场力和向右的洛伦兹力，电荷向右偏转，则该结构不能成为速度选择器，故D错误。 返回导航 　考向2　磁流体发电机 1．原理：如图所示，等离子体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在B、A板上，产生电势差，它可以把离子的动能通过磁场转化为电能。 返回导航 返回导航 例6 (多选)(2024·湖北卷，T9)磁流体发电机的原理如图所示，MN和PQ是两平行金属极板，匀强磁场垂直于纸面向里。等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)从左侧以某一速度平行于极板喷入磁场，极板间便产生电压。下列说法正确的是(　　) A.极板MN是发电机的正极 B.仅增大两极板间的距离，极板间的电压减小 C.仅增大等离子体的喷入速率，极板间的电压增大 D.仅增大喷入等离子体的正、负带电粒子数密度，极板间的电压增大 AC 返回导航 [解析]　带正电的离子受到的洛伦兹力向上偏转，极板MN带正电，为发电机正极，A正确； 返回导航 　考向3　电磁流量计 1．流量(Q)的定义：单位时间流过导管某一截面的导电液体的体积。 2．公式：Q＝Sv；S为导管的横截面积，v是导电液体的流速。 3．导电液体的流速(v)的计算 返回导航 返回导航 例7 (2025·北京卷，T12)电磁流量计可以测量导电液体的流量Q——单位时间内流过管道横截面的液体体积。如图所示，内壁光滑的薄圆管由非磁性导电材料制成，空间有垂直于管道轴线的匀强磁场，磁感应强度为B。液体充满管道并以速度v沿轴线方向流动，圆管壁上的M、N两点连线为直径，且垂直于磁场方向，M、N两点的电势差为U0。下列说法错误的是(　　) A.N点电势比M点高 B.U0正比于流量Q C.在流量Q一定时，管道半径越小，U0越小 D.若直径MN与磁场方向不垂直，测得的流量Q偏小 C 返回导航 [解析]　根据左手定则可知正离子向下偏，负离子向上偏，故N点电势比M点高，故A正确； 返回导航 返回导航 　考向4　霍尔元件 1．定义：高为h、宽为d的导体(自由电荷是电子或正电荷)置于匀强磁场B中，当电流通过导体时，在导体的上表面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：如图所示，导体中的电流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，则上表面A的电势高。 返回导航 返回导航 例8 (2024·江西卷，T7)石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格结构新材料，具有丰富的电学性能。现设计一电路测量某二维石墨烯样品的载流子(电子)浓度。如图(a)所示，在长为a、宽为b的石墨烯表面加一垂直向里的匀强磁场，磁感应强度为B，电极1、3间通以恒定电流I，电极2、4间将产生电压U。当I＝1.00×10－3 A时，测得U－B关系图线如图(b)所示，元电荷e＝1.60×10－19 C，则此样品每平方米载流子数最接近(　　) A.1.7×1019　　 B．1.7×1015 C.2.3×1020 D．2.3×1016 D 返回导航 返回导航 归纳总结 (1)回旋加速器的加速电压增大时，粒子每次获得的动能增大，加速的次数减少，但粒子获得的最大动能不受加速电压变化的影响。 (2)带电粒子在速度选择器中若做曲线运动，则曲线运动不是“类平抛”运动，可用配速法解题。 (3)速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计都利用了力的平衡知识。 　 返回导航 例1 质谱仪工作的原理图如图甲所示，已知质量为m、电荷量为q的粒子，从容器A下方的小孔飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，经电场加速后，由小孔S沿着与磁场垂直的方向，进入磁感应强度为B的匀强磁场中。粒子在小孔S的速度与磁场边界垂直，最后打在照相底片上的P点，且SP＝x。忽略粒子的重力，通过测量得到x与的关系如图乙所示，已知该图像斜率k＝0.5 m/V，匀强磁场的磁感应强度B＝2×10－4 T，π取3.14，则下列说法中正确的是(　　) 设第k次加速后离子的速度大小为v，则对k次加速过程，由动能定理有kqU＝mv2－mv，解得v＝，C错误； $