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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2019,高考一轮总复习,物理,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第九章 磁 场,专题强化十带电粒子在复合场中运动的实例分析,过好双基关,一、带电粒子在复合场中的运动,1.,复合场与组合场,(1),复合场：电场、,、重力场共存，或其中某两场共存,.,(2),组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，或在同一区域，电场、磁场分时间段或分区域,出现,.,磁场,交替,2.,带电粒子在复合场中的运动分类,(1),静止或匀速直线运动,当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或做,直线运动,.,(2),匀速圆周运动,当带电粒子所受的重力与电场力大小,、方向,时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做,运动,.,匀速,相等,相反,匀速圆周,(3),较复杂的曲线运动,当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上时，粒子做,变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线,.,(4),分阶段运动,带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的,组成,.,非匀,运动阶段,二、电场与磁场的组合应用实例,装置,原理图,规律,质谱仪,带电粒子由静止被加速电场加速,qU,，在磁场中做匀速圆周运动,q,v,B,，则比荷,回旋,加速器,交变电流的周期和带电粒子做圆周运动的周期,，带电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,q,v,B,得,E,km,一样,三、电场与磁场的叠加应用实例,装置,原理图,规律,速度,选择器,若,q,v,0,B,Eq,，即,v,0,，带电粒子做,运动,匀速,电磁,流量计,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,_,q,v,B,电势差,研透命题点,1.作用,测量带电粒子质量和别离同位素的仪器.,2.原理(如图1所示),命题点一质谱仪的原理和分析,根底考点自主悟透,图,1,例,1,一台质谱仪的工作原理如图,2,所示,.,大量的带电荷量为,q,，质量为,2,m,的离,子飘入电压为,U,0,的加速电场，其初速度,几乎为,0,，经加速后，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,.,图中虚线为经过狭缝左、右边界,M,、,N,时离子的运动轨迹,.,不考虑离子间的相互作用,.,(1),求离子打在底片上的位置到,N,点的最小距离,x,；,答案,解析,图,2,解析,设离子在磁场中的运动半径为,r,1,，,根据几何关系,x,2,r,1,L,，,(2),在图中用斜线标出磁场中离子经过的区域，并求该区域最窄处的宽度,d,.,答案,解析,解析如下图，最窄处位于过两虚线交点的垂线上,答案,变式1(2021全国卷15)现代质谱仪可用来分,析比质子重很多倍的离子，其示意图如图3所示，,其中加速电压恒定.质子在入口处从静止开场被加,速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场.,假设某种一价正离子在入口处从静止开场被同一加,速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一,出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍.,此离子和质子的质量比约为,A.11 B.12C.121 D.144,图,3,解析,1.,构造：,如图,4,所示，,D,1,、,D,2,是半圆形金属盒，,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,.,命题点二盘旋加速器的原理和分析,能力考点师生共研,图,4,例2(多项选择)劳伦斯和利文斯设计出盘旋加速器，工作原,理示意图如图5所示.置于真空中的D形金属盒半径为R，,两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略.磁感,应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为,f，加速电压为U.假设A处粒子源产生质子的质量为m、电,荷量为q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑,相对论效应和重力的影响.那么以下说法正确的选项是,A.质子被加速后的最大速度不可能超过2Rf,B.质子离开盘旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比,C.质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为 1,D.不改变磁感应强度B和交流电频率f，经该盘旋加速器加速的各种粒子的,最大动能不变,图,5,答案,解析,因经盘旋加速器加速的粒子最大动能Ekm2m2R2f 2与m、R、f均有关，故D错误.,变式2如图6甲所示是用来加速带电粒子的盘旋加速器的示意图，其核心局部是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连.带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示.忽略带电粒子在电场中的加速时间，那么以下判断中正确的选项是,A.在Ekt图象中应有t4t3t3t2,B.粒子射入的速度可能是v0,D.在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平方向,图,6,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,假设仅增大磁感应强度B，那么C、D两面的电势差增大，选项B正确；,假设霍尔元件中定向移动的是自由电子，由左手定那么可知，电子将向C侧偏转，那么电势差UCD0，选项C错误；,地球赤道上方的地磁场方向为水平方向，元件的工作面要与磁场方向垂直，故元件的工作面应保持竖直方向，选项D错误.,7.(多项选择)(2021四川成都调研)如图7，为探讨霍尔效应，取一块长度为a、宽度为b、厚度为d的金属导体，给金属导体加与前后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、下外表M、N间电压为U.自由电子的电荷量为e.以下说法中正确的选项是,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,图,7,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析电流方向向右，电子定向移动方向向左，根据左手定那么判断可知，电子所受的洛伦兹力方向向上，那么M板积累了电子，M、N之间产生向上的电场，所以M板比N板电势低，选项A错误.,电子定向移动相当于长度为d的导体垂直切割磁感线产生感应电动势，电压表的读数U等于感应电动势E，那么有UEBdv，可见，电压表的示数与导体单位体积内自由电子数无关，选项B错误；,由UEBdv得，自由电子定向移动的速度为v ，选项C正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,8.(多项选择)(2021新课标全国20)图8为某磁谱仪局部构件的示意图.图中，永磁铁提供匀强磁场.硅微条径迹探测器可以探测粒子在其中运动的轨迹.宇宙射线中有大量的电子、正电子和质子.当这些粒子从上部垂直磁场方向进入磁场时，以下说法正确的选项是,A.电子与正电子的偏转方向一定不同,B.电子与正电子在磁场中运动轨迹的半径一定一样,C.仅依据粒子运动轨迹无法判断该粒子是质子还是正电子,D.粒子的动能越大，它在磁场中运动轨迹的半径越小,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,综合提升练,图,8,解析根据左手定那么，电子、正电子进入磁场后所受洛伦兹力的方向相反，故两者的偏转方向不同，选项A正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,对于质子、正电子，它们在磁场中运动时不能确定mv的大小，应选项C正确；,9.如图9所示是医用盘旋加速器示意图，其核心局部是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连.现分别加速氘核,和氦核 .以下说法中正确的选项是,A.它们的最大速度一样,B.它们的最大动能一样,C.两次所接高频电源的频率不一样,D.仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图,9,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,10.速度一样的一束粒子(不计重力)由左端射入质谱仪后的运动轨迹如,图10所示，那么以下相关说法中正确的选项是,A.该束粒子带负电,B.速度选择器的P1极板带负电,C.能通过狭缝S0的粒子的速度等于,D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S0，那么粒子,的比荷越小,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图,10,解析根据该束粒子进入匀强磁场B2时向下偏转，由左手定那么判断出该束粒子带正电，选项A错误；,粒子在速度选择器中做匀速直线运动，受到电场力和洛伦兹力作用，由左手定那么知洛伦兹力方向竖直向上，那么电场力方向竖直向下，因粒子带正电，故电场强度方向向下，速度选择器的P1极板带正电，选项B错误；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,11.(多项选择)如图11所示为一种质谱仪的示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成.假设静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场，在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外.一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开场经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点.不计粒子重力.以下说法正确的选项是,A.极板M比极板N的电势高,B.加速电场的电压UER,C.直径PQ2B,D.假设一群粒子从静止开场经过题述过程都落在胶片上,的同一点，那么该群粒子具有一样的比荷,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图,11,解析,解析,粒子在静电分析器内沿电场线方向偏转，说明粒子带正电荷，极板,M,比极板,N,的电势高，选项,A,正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,12.(多项选择)盘旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其原理图如图12所示.D1和D2是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在电压为U、周期为T的交流电源上.位于D1的圆心处的质子源A能不断产生质子(初速度可以忽略)，它们在两盒之间被电场加速.当质子被加速到最大动能Ek后，再将它们引出.忽略质子在电场中的运动时间，那么以下说法中正确的选项是,A.假设只增大交变电压U，那么质子的最大动能Ek会变大,B.假设只增大交变电压U，那么质子在盘旋加速器中运行的时间会,变短,C.假设只将交变电压的周期变为2T，仍可用此装置加速质子,D.质子第n次被加速前、后的轨道半径之比为,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图,12,增大交变电压，质子加速次数减小，所以质子在盘旋加速器中的运行时间变短，B正确；,为了使质子能在盘旋加速器中加速，质子的运动周期应与交变电压的周期一样，C错误；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,13.一台质谱仪的工作原理图如图13所示，电荷量均为q、质量不同的离子飘入电压为U0的加速电场，其初速度几乎为零.这些离子经加速后通过狭缝O沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，最后打在底片上.放置底片的区域MNL，且OML.某次测量发现MN中左侧 区域MQ损坏，检测不到离子，但右侧 区域,QN仍能正常检测到离子.在适当调节加速,电压后，原本打在MQ区域的离子即可在,QN区域检测到.,(1)求原本打在MN中点P点的离子质量m；,图,13,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,(2),为使原本打在,P,点的离子能打在,QN,区域，求加速电压,U,的调节范围,.,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,
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