高考物理二轮复习专题三电场和磁场第3讲带电粒子在复合场中的运动学案

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1、第3讲　带电粒子在复合场中的运动考点一　以科技应用为背景命题的复合场问题1.(2017·浙江11月选考·8)如图1所示，在两水平金属板构成的器件中，存在着匀强电场与匀强磁场，电场强度E和磁感应强度B相互垂直．以某一水平速度进入的不计重力的带电粒子恰好能沿直线运动，下列说法正确的是(　　)图1A．粒子一定带负电B．粒子的速度大小v＝C．若粒子速度大小改变，粒子将做曲线运动D．若粒子速度大小改变，电场对粒子的作用力会发生变化答案　C解析　粒子做直线运动，说明竖直方向受力平衡，即qvB＝qE，可得v＝，选项B错误；当v＝时，无论

2、粒子带正电还是负电，在竖直方向均受力平衡，选项A错误；如果粒子速度大小改变，就会导致洛伦兹力变化，因此粒子将做曲线运动，选项C正确；不管粒子速度怎么变，在匀强电场中，粒子所受电场力不变，选项D错误．2．(多选)(2017·宁波市九校高二上期末)1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图2所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，置于匀强磁场B中，D形盒半径为R，其间留有空隙，两盒分别与高频电源的两极相连，电源频率为f，则下列说法正确的是(　　)图2A．粒子的加速次数越多，加速电压越大，最终获得的动能也越

3、大B．被加速后的粒子最大速度为2πfR，与加速电场的电压无关C．不改变回旋加速的任何参数，装置可以加速质子H，也可以加速α粒子HeD．高频电源不能使用正弦式交变电流答案　B解析　根据qvB＝m得，粒子的最大速度v＝，则最大动能Ekm＝mv2＝.知若增大动能，需增大D形盒的半径，或增大磁感应强度，故A错误；根据v＝＝2πRf，可知：最大半径为R，且电场变化的频率的倒数即为粒子在磁场中运动周期，所以最大速度不可能超过2πfR，故B正确；加速质子H后再加速α粒子，因比荷发生变化，所以周期也变化，因此不能用这个装置，故C错误．3．

4、(人教版选修3－1P103“课题研究”改编)利用霍尔效应制作的霍尔元件，被广泛应用于测量和自动控制等领域．霍尔元件一般由半导体材料做成，有的半导体中的载流子(即自由电荷)是电子，有的半导体中的载流子是空穴(相当于正电荷)．如图3所示，将扁平长方体形状的霍尔元件水平放置接入电路，匀强磁场垂直于霍尔元件的水平面竖直向下，闭合开关，让电流从霍尔元件的左侧流向右侧，则其前后两表面会形成电势差.现有载流子是电子的霍尔元件1和载流子是空穴的霍尔元件2，两元件均按图示方式接入电路(闭合开关)，则关于前后两表面电势高低的判断，下列说法中正

5、确的是(　　)图3A．若接入元件1时，前表面电势高；若接入元件2时，前表面电势低B．若接入元件1时，前表面电势低；若接入元件2时，前表面电势高C．不论接入哪个元件，都是前表面电势高D．不论接入哪个元件，都是前表面电势低答案　A解析　若元件的载流子是自由电子，由左手定则可知，电子在洛伦兹力的作用下向后表面偏，则前表面的电势高于后表面的电势．若载流子为空穴(相当于正电荷)，根据左手定则，空穴在洛伦兹力的作用下也是向后表面聚集，则前表面的电势低于后表面的电势．4.现代质谱仪可用来分析比质子重很多的离子，其示意图如图4所示，其中加

6、速电压恒定．质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场．若某种一价正离子在入口处从静止开始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．则此离子和质子的质量比约为(　　)图4A．11B．12C．121D．144答案　D解析　根据动能定理得，qU＝mv2得v＝①离子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律，有qvB＝m得R＝②①②两式联立得：m＝一价正离子电荷量与质子电荷量相等，同一加速电场U相同，同一出口离开磁场则R相同，所以

7、m∝B2，磁感应强度增加到原来的12倍，则离子质量是质子质量的144倍，D正确，A、B、C错误．1.质谱仪(如图5)图5原理：粒子由静止被加速电场加速，qU＝mv2.粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝m.由以上两式可得r＝，m＝，＝.2．回旋加速器(如图6)图6原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由qvB＝，得Ekm＝，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径r决定，与加速电压无关．3．速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计和霍尔元件一般以单个带电粒子为研究对象，在洛伦兹力和

8、电场力平衡时做匀速直线运动达到稳定状态，从而求出所求物理量，差别见下表．装置原理图规律速度选择器若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，两极板电压为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