2019版高考物理总复习 第九章 磁场能力课 带电粒子在复合场中的运动学案.doc

《2019版高考物理总复习 第九章 磁场能力课 带电粒子在复合场中的运动学案.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、能力课　带电粒子在复合场中的运动　[热考点]带电粒子在复合场中运动的实例分析命题角度1　质谱仪的原理和分析1.作用测量带电粒子质量和分离同位素的仪器。2.原理(如图1所示)图1(1)加速电场：qU＝mv2；(2)偏转磁场：qvB＝，l＝2r；由以上两式可得r＝，m＝，＝。【例1】　质谱仪又称质谱计，是分离和检测不同同位素的仪器。工作原理如图2所示，电荷量均为＋q、质量不同的离子初速度几乎为零地进入电压为U0的加速电场。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大小为B的匀强磁场中，最后打在底片上。已知放置底片的

2、区域MN＝L，且OM＝L。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的离子即可在QN检测到。为使原本打在MN中点P的离子能打在QN区域，则加速电压U的值不可能为(　　)图2A.B.C.D.2U0解析　由题意知，开始离子在电场中加速，有qU0＝mv2，在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝m，打在P点的离子r0＝L，解得U0＝；当加速电压为U时，qU＝mv′2，qv′B＝；离子打在Q点时，r＝L，得U＝；离子打在N点时，r＝L，得U＝；则加速电压U的范围为≤U

3、≤，选项D正确。答案　D命题角度2　回旋加速器的原理和分析1.加速条件：T电场＝T回旋＝；2.磁场约束偏转：qvB＝⇒v＝。3.带电粒子的最大速度vmax＝，rD为D形盒的半径。粒子的最大速度vmax与加速电压U无关。4.回旋加速器的解题思路(1)带电粒子在缝隙的电场中加速、交变电流的周期与磁场周期相等，每经过磁场一次，粒子加速一次。(2)带电粒子在磁场中偏转、半径不断增大，周期不变，最大动能与D形盒的半径有关。【例2】　(2017·常州模拟)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属

4、盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图3所示。设D形盒半径为R。若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f。则下列说法正确的是(　　)图3A.质子被加速后的最大速度不可能超过2πfRB.质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关C.高频电源只能使用矩形交变电流，不能使用正弦式交变电流D.不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子解析　由T＝，T＝，可得质子被加速后的最大速度为2πfR，其不可能超过2πfR，质子被加速后

5、的最大速度与加速电场的电压大小无关，选项A正确、B错误；高频电源可以使用正弦式交变电源，选项C错误；要加速α粒子，高频交流电周期必须变为α粒子在其中做圆周运动的周期，即T＝，故选项D错误。答案　A命题角度3　霍尔效应的原理和分析1.定义：高为h，宽为d的金属导体(自由电荷是电子)置于匀强磁场B中，当电流通过金属导体时，在金属导体的上表面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4，金属导体中的电流I向右时，根据左手定则可得，下表面A′的电势高。图43.霍尔电压的计算：导体中的

6、自由电荷(电子)在洛伦兹力作用下偏转，A、A′间出现电势差，当自由电荷所受静电力和洛伦兹力平衡时，A、A′间的电势差(U)就保持稳定，由qvB＝q，I＝nqvS，S＝hd；联立得U＝＝k，k＝称为霍尔系数。【例3】　如图5所示，宽度为d、厚度为h的导体放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过该导体时，在导体的上、下表面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明当磁场不太强时，电势差U、电流I和磁感应强度B的关系为U＝k，式中的比例系数k称为霍尔系数。设载流子的电荷量为q，下列说法正确的是(　　)图5A.载流子所

7、受静电力的大小F＝qB.导体上表面的电势一定大于下表面的电势C.霍尔系数为k＝，其中n为导体单位长度上的电荷数D.载流子所受洛伦兹力的大小F洛＝，其中n为导体单位体积内的电荷数解析　静电力的大小应为F＝q，选项A错误；载流子的电性是不确定的，因此选项B错误；霍尔系数k＝，其中n为导体单位体积内的电荷数，选项C错误；载流子所受洛伦兹力的大小F洛＝qvB，其中v＝，可得F洛＝，选项D正确。答案　D命题角度4　速度选择器、磁流体发电机速度选择器若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

8、极板带正、负电荷，两极板间电压为U时稳定，q＝qv0B，U＝v0Bd【例4】　在如图6所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。一带电粒子(重力不计)从左端以速度v沿虚线射入后做直线运动，则该粒子(　　)图6A.一定带正电B.速度v＝C.若速度v>，