零診復(fù)習(xí)復(fù)合場

1、零診復(fù)習(xí) 選修3-1 磁場(三)- 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng) 基礎(chǔ)知識(shí)梳理鞏固一、復(fù)合場的分類1疊加場：電場、磁場、重力場共存，或其中某兩場共存2組合場：電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，或相鄰或在同一區(qū)域電場、磁場交替出現(xiàn)二、帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)形式1靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受合外力_時(shí)，將處于靜止?fàn)顟B(tài)或做勻速直線運(yùn)動(dòng)2勻速圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場力大小_，方向_時(shí)，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)3較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化，且與初速度方向_，粒子做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧

2、，也不是拋物線三、應(yīng)用1質(zhì)譜儀(1)構(gòu)造：如圖所示，由粒子源、加速電場、偏轉(zhuǎn)磁場和照相底片等構(gòu)成(2)原理：粒子由靜止被加速電場加速，qUmv2.粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有qvBm.由以上兩式可得r_，m，_2回旋加速器(1)構(gòu)造：如圖所示，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒的縫隙處接交流電源，D形盒處于勻強(qiáng)磁場中(2)原理：交流電的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等，粒子經(jīng)電場加速，經(jīng)磁場回旋，由qvB，得Ekm，可見粒子獲得的最大動(dòng)能由_和_決定，與_無關(guān)3速度選擇器(1)平行板中電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相垂直這種裝置能把_的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器(2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過

3、速度選擇器的條件是_4磁流體發(fā)電機(jī)(1)磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能(2)根據(jù)左手定則，如圖中的B是發(fā)電機(jī)_極(3)磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為L，等離子體速度為v，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則由qEqqvB得兩極板間能達(dá)到的最大電勢差_ 5電磁流量計(jì)工作原理：如圖所示，圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，導(dǎo)電液體在管中向左流動(dòng)，導(dǎo)電液體中的自由電荷(正、負(fù)離子)，在洛倫茲力的作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢差，形成電場，當(dāng)自由電荷所受的電場力和洛倫茲力平衡時(shí)，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定，即：qvBqEq，所以v，因此液體流量Q_.6. 霍爾效應(yīng)：如圖所示，厚度為h、寬為d

4、的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A之間會(huì)產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)（1）達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體板上側(cè)面的電勢 _ 下側(cè)面的電勢（填高于、低于或等于）。 （2）電子所受的洛倫茲力的大小為_ 。   （3）當(dāng)導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間的電勢差為U時(shí)，電子所受的靜電力的大小為 _.      課前自我檢測典型題型 歸納突破(一)帶電粒子在疊加場中運(yùn)動(dòng)1.帶電粒子在復(fù)合場中的直線運(yùn)動(dòng)如圖1所示，在同時(shí)存在

5、勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場的空間中取正交坐標(biāo)系Oxyz，一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子(重力不可忽略)從原點(diǎn)O以速度v沿x軸正方向出發(fā)，下列說法錯(cuò)誤的是 ()A若電場、磁場分別沿z軸正方向和x軸正方向，粒子只能做曲 線運(yùn)動(dòng) 圖1B若電場、磁場均沿z軸正方向，粒子有可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)C若電場、磁場分別沿z軸負(fù)方向和y軸負(fù)方向，粒子有可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)D若電場、磁場分別沿y軸負(fù)方向和z軸正方向，粒子有可能做平拋運(yùn)動(dòng)2帶電粒子在復(fù)合場中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)如圖2所示，一帶電小球在一正交電場、磁場區(qū)域里做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，電場方向豎直向下，磁場方向垂直紙面向里，則下列說法正確的是()A小球一定帶正電B小球一定帶負(fù)電

6、C小球的繞行方向?yàn)轫槙r(shí)針方向圖2D改變小球的速度大小，小球?qū)⒉蛔鰣A周運(yùn)動(dòng)3. 帶電粒子在復(fù)合場中的曲線運(yùn)動(dòng)如圖1所示，勻強(qiáng)電場方向水平向右，勻強(qiáng)磁場方向垂直紙面向里，將帶正電的小球在場中由靜止釋放，最后落到地面上關(guān)于該過程，下述說法正確的是 ()A小球做勻變速曲線運(yùn)動(dòng) 圖1B小球減少的電勢能等于增加的動(dòng)能C電場力和重力做的功等于小球增加的動(dòng)能D若保持其他條件不變，只減小磁感應(yīng)強(qiáng)度，小球著地時(shí)動(dòng)能不變1帶電粒子在疊加場中無約束情況下的運(yùn)動(dòng)情況分類(1)磁場力、重力并存若重力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，因洛倫茲力不做功，故機(jī)械能守恒，由

7、此可求解問題(2)電場力、磁場力并存(不計(jì)重力的微觀粒子)若電場力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)若電場力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，因洛倫茲力不做功，可用動(dòng)能定理求解問題(3)電場力、磁場力、重力并存若三力平衡，一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)若重力與電場力平衡，一定做勻速圓周運(yùn)動(dòng)若合力不為零且與速度方向不垂直，將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，因洛倫茲力不做功，可用能量守恒定律或動(dòng)能定理求解問題2帶電粒子在疊加場中有約束情況下的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在復(fù)合場中受輕桿、輕繩、圓環(huán)、軌道等約束的情況下，常見的運(yùn)動(dòng)形式有直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)解題要通過受力分析明確變力、恒力做功情況，并注意洛倫茲力不做功的特

8、點(diǎn)，運(yùn)用動(dòng)能定理、能量守恒定律結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解4、如圖所示，空間存在著垂直紙面向外的水平勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在y軸兩側(cè)分別有方向相反的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度均為E，在兩個(gè)電場的交界處左側(cè)附近，有一帶正電的液滴a在電場力和重力作用下靜止，現(xiàn)從場中某點(diǎn)由靜止釋放一個(gè)帶負(fù)電的液滴b，當(dāng)它的運(yùn)動(dòng)方向變?yōu)樗椒较驎r(shí)恰與a相撞，撞后兩液滴合為一體，速度減小到原來的一半，并沿x軸正方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，已知液滴b與a的質(zhì)量相等，b所帶電荷量是a所帶電荷量的2倍，且相撞前a、b間的靜電力忽略不計(jì)(1)求兩液滴相撞后共同運(yùn)動(dòng)的速度大??；(2)求液滴b開始下落時(shí)距液滴a的高度h.（二）帶電粒子在組合場中的運(yùn)動(dòng)

9、5(2013·浙江·20)在半導(dǎo)體離子注入工藝中，初速度可忽略的磷離子P和P3，經(jīng)電壓為U的電場加速后，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里、有一定寬度的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，如圖22所示已知離子P在磁場中轉(zhuǎn)過30°后從磁場右邊界射出在電場和磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，離子P和P3()A在電場中的加速度之比為11圖22B在磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑之比為1C在磁場中轉(zhuǎn)過的角度之比為12D離開電場區(qū)域時(shí)的動(dòng)能之比為136、如圖21所示，在xOy平面直角坐標(biāo)系的第一象限有射線OA，OA與x軸正方向夾角為30°，OA與y軸所夾區(qū)域內(nèi)有沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場E1，第二象限存在沿x軸正方

10、向的勻強(qiáng)電場E2(未知)，其它區(qū)域存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子，從y軸上的P點(diǎn)沿著x軸正方向以初速度v0射入電場，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后經(jīng)過Q點(diǎn)垂直于射線OA進(jìn)入磁場，經(jīng)磁場垂直x軸進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場E2，過y軸正半軸上的P點(diǎn)再次進(jìn)入勻強(qiáng)電場E1，已知OPh，不計(jì)粒子重力，求：圖21(1)粒子經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的速度大?。?2)勻強(qiáng)電場電場強(qiáng)度E1的大??；(3)粒子從Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)所用的時(shí)間7直角坐標(biāo)系xOy中與x軸成45°角的界線OM兩側(cè)區(qū)域分別有如圖25所示電、磁場(第三象限除外)，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向外，勻強(qiáng)電場場強(qiáng)EvB、方向沿x軸負(fù)方向一

11、不計(jì)重力的帶正電的粒子，從坐標(biāo)原點(diǎn)O以速度為v、沿x軸負(fù)方向射入磁場，隨后從界線上的P點(diǎn)沿垂直電場方向進(jìn)入電場，并最終飛離電、磁場區(qū)域已知粒子的電荷量為q，質(zhì)量為m，求： 圖25(1)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑R及P點(diǎn)的位置坐標(biāo)；(2)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；(3)粒子最終飛離電、磁場區(qū)域的位置坐標(biāo)帶電粒子在組合場中的運(yùn)動(dòng)過程比較復(fù)雜，但如果認(rèn)真分析其運(yùn)動(dòng)過程會(huì)發(fā)現(xiàn)，粒子的運(yùn)動(dòng)過程實(shí)際上是幾個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的組合，1先電場后磁場模型(1)先在電場中做加速直線運(yùn)動(dòng)，然后進(jìn)入磁場做圓周運(yùn)動(dòng)(如圖14、15所示)在電場中利用動(dòng)能定理或運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求粒子剛進(jìn)入磁場時(shí)的速度圖14圖15(2)先在電場中做類平拋運(yùn)

12、動(dòng)，然后進(jìn)入磁場做圓周運(yùn)動(dòng)(如圖16、17所示)在電場中利用平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)求粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速度圖16圖172先磁場后電場模型對于粒子從磁場進(jìn)入電場的運(yùn)動(dòng)，常見的有兩種情況：(1)進(jìn)入電場時(shí)粒子速度方向與電場方向相同或相反；(2)進(jìn)入電場時(shí)粒子速度方向與電場方向垂直(如圖18、19所示)圖18圖19（三）帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例8質(zhì)譜儀的工作原理如圖所示是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖帶電粒子被加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場下列表述正確的是

13、 ()A質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外C能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于E/BD粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小9.回旋加速器是用來加速帶電粒子，使它獲得很大動(dòng)能的儀器，其核心部分是兩個(gè)D形金屬扁盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場，使粒子每次穿過狹縫都得到加速，兩盒放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，若粒子源射出的粒子帶電荷量為q，質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為Rm，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示問：(1)D形盒內(nèi)有無電場？(2)粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？(3)所加交流電壓頻率應(yīng)是多大，

14、粒子運(yùn)動(dòng)的角速度為多大？(4)粒子離開加速器時(shí)速度為多大？最大動(dòng)能為多少？(5)設(shè)兩D形盒間電場的電勢差為U，盒間距離為d，其間電場均勻，求把靜止粒子加速到上述能量所需時(shí)間10、如圖11所示，一束帶電粒子以一定的初速度沿直線通過由相互正交的勻強(qiáng)磁場(磁感應(yīng)強(qiáng)度為B)和勻強(qiáng)電場(電場強(qiáng)度為E)組成的速度選擇器，然后粒子通過平板S上的狹縫P進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(磁感應(yīng)強(qiáng)度為B)，最終打在A1A2上，下列表述正確的是 () A粒子帶負(fù)電B所有打在A1A2上的粒子，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間都相同C能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于D粒子打在A1A2的位置越靠近P，粒子的比荷越大12在兩平行金屬板間

15、，有如圖所示的互相正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場粒子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時(shí)，恰好能沿直線勻速通過以下判斷正確的是 ()若質(zhì)子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時(shí)，質(zhì)子將不偏轉(zhuǎn)若電子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時(shí)，電子將不偏轉(zhuǎn)若質(zhì)子以大于v0的速度，沿垂直于電場方向和磁場方向從兩板正中央射入，質(zhì)子將向紙內(nèi)或紙外偏轉(zhuǎn)若增大勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，其他條件不變，電子以速度v0沿垂直于電場和磁場的方向，從兩極正中央射入時(shí)，電子將向下偏轉(zhuǎn)ABCD13.磁流體發(fā)電機(jī)的原理示意圖，金屬板M、N正對平行放置，且板面垂直于紙面，在兩板之間接有電阻

16、R.在極板間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場當(dāng)?shù)入x子束(分別帶有等量正、負(fù)電荷的離子束)從左向右進(jìn)入極板時(shí)，下列說法中正確的是 ()AN板的電勢高于M板的電勢BM板的電勢高于N板的電勢CR中有由b向a方向的電流DR中有由a向b方向的電流選作：14(2013·山東·23)如圖23所示，在坐標(biāo)系xOy的第一、第三象限內(nèi)存在相同的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于xOy平面向里；第四象限內(nèi)有沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度大小為E.一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的粒子，自y軸上的P點(diǎn)沿x軸正方向射入第四象限，經(jīng)x軸上的Q點(diǎn)進(jìn)入第一象限，隨即撤去電場，以后僅保留磁場已知OPd，OQ2d.不計(jì)粒子重力(1)求粒子過Q點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向 圖23(2)若磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為一確定值B0，粒子將沿垂直y軸的方向進(jìn)入第二象限，求B0.(3)若磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為另一確定值，經(jīng)過一段時(shí)間后粒子將再次經(jīng)過Q點(diǎn)，且速度與第一次過Q點(diǎn)時(shí)相同，求該粒子相鄰兩次經(jīng)過Q點(diǎn)所用的時(shí)間15、（