专题07 带电粒子在复合场中的运动-2019年高考物理必考经典专题集锦

考点分类：考点分类见下表 考点内容 常见题型及要求 考点一　带电粒子在复合场中的运动实例 选择题、 计算题 考点二　带电粒子在组合场中的运动 选择题、计算题 考点三　带电粒子在叠加场中的运动 选择题、计算题 考点一　带电粒子在复合场中的运动实例 回旋 加速器 接交流电源[来源:Zxxk.Com] 交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子在圆周运动过程中每次经过D形盒缝隙都会被加速.由qvB= 得Ekm= 速度 选择器 若qv0B=Eq,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,使两极板带正、负电荷,两极电压为U时稳定,q =qv0B,U=v0Bd 电磁流 量计 q=qvB,所以v= ,所以Q=vS= 霍尔元件 当磁场方向与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差(如果是电子导电,则霍尔电压方向相反) 考点二　带电粒子在组合场中的运动 1.常见类型 (1)先电场后磁场 ①带电粒子先匀加速,后偏转,如图. ②带电粒子先后都偏转,如图. (2)先磁场后电场 ①带电粒子先偏转,后匀加速或匀减速,如图(甲). ②带电粒子先后都偏转,如图(乙). [来源:学科网ZXXK] (3)先后两个不同的磁场 2.处理思路 考点三：带电粒子在叠加场中的运动[来源:Zxxk.Com] 1.带电体在叠加场中无约束情况下的运动情况分类 (1)洛伦兹力、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)静电力、洛伦兹力并存(不计重力的微观粒子) ①若静电力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动. ②若静电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,可用动能定理求解问题. (3)静电力、洛伦兹力、重力并存 ①若三力平衡,一定做匀速直线运动. ②若重力与静电力平衡,一定做匀速圆周运动. ③若合力不为零且与速度方向不垂直,将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,可用能量守恒定律或动能定理求解问题. 2.带电体在叠加场中有约束情况下的运动 带电体在叠加场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下,常见的运动形式有直线运动和圆周运动,运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求解. [来源:学科网ZXXK] 【典例精析】 ★考点一：带电粒子在复合场中的运动实例 ◆典例一：(2017·江苏卷,15)一台质谱仪的工作原理如图所示.大量的甲、乙两种离子飘入电压为U0的加速电场,其初速度几乎为0,经过加速后,通过宽为L的狭缝MN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,最后打到照相底片上.已知甲、乙两种离子的电荷量均为 +q,质量分别为2m和m,图中虚线为经过狭缝左、右边界M,N的甲种离子的运动轨迹.不考虑离子间的相互作用. (1)求甲种离子打在底片上的位置到N点的最小距离x; (2)在图中用斜线标出磁场中甲种离子经过的区域,并求该区域最窄处的宽度d; (3)若考虑加速电压有波动,在(U0-ΔU)到(U0+ΔU)之间变化,要使甲、乙两种离子在底片上没有重叠,求狭缝宽度L满足的条件. ◆典例二：[回旋加速器的工作原理](2018·四川成都模拟)(多选)粒子回旋加速器的工作原理如图所示,置于真空中的D型金属盒的半径为R,两金属盒间的狭缝很小,磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直,交变电流的频率为f,加速器的电压为U,若中心粒子源处产生的质子质量为m,电荷量为+e,在加速器中被加速.不考虑相对论效应,则下列说法正确是(　 　)[来源:Zxxk.Com] A.质子被加速后的最大速度不能超过2πRf B.加速的质子获得的最大动能随加速电场U增大而增大 C.质子第二次和第一次经过D型盒间狭缝后轨道半径之比为 ∶1 D.不改变磁感应强度B和交变电流的频率f,该加速器也可加速其他粒子 ◆典例三 [电磁流量计的工作原理](2018·河北安国段考)(多选)如图所示,一块长度为a,宽度为b,厚度为d的金属导体,当加有与侧面垂直的匀强磁场B,且通以图示方向的电流I时,用电压表测得导体上、下表面M,N间电压为U.已知自由电子的电荷量为e.下列说法中正确的是(　 　) A.M板比N板电势高 B.导体单位体积内自由电子数越多,电压表的示数越大 C.导体中自由电子定向移动的速度为v= D.导体单位体积内的自由电子数为 ★考点二：带电粒子在组合场中的运动 ◆典例一：(2017·全国Ⅲ卷,24)如图,空间存在方向垂直于纸面(xOy平面)向里的磁场.在x≥0区域,磁感应强度的大小为B0;x<0区域,磁感应强度的大小为λB0(常数λ>1).一质量为m