1、专题专题6 6带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动核心考点-2-知识梳理考点自诊带电粒子在复合场中运动的应用实例 核心考点-3-知识梳理考点自诊核心考点-4-知识梳理考点自诊核心考点-5-知识梳理考点自诊1.判断下列说法的正误。(1)带电粒子在复合场中不可能处于静止状态。()(2)带电粒子在复合场中可能做匀速圆周运动。()(3)带电粒子在复合场中一定能做匀变速直线运动。()(4)电荷在速度选择器中做匀速直线运动的速度与电荷的电性有关。()(5)不同比荷的粒子在质谱仪磁场中做匀速圆周运动的半径不同。()(6)粒子在回旋加速器中做圆周运动的半径、周期都随粒子速度的增大而增大。()答案
2、答案关闭(1)(2)(3)(4)(5)(6)核心考点-6-知识梳理考点自诊2.(多选)(2018山西晋城一模)足够大的空间内存在着竖直向上的匀强磁场和匀强电场,有一带正电的小球在电场力和重力作用下处于静止状态。现将磁场方向顺时针旋转30,同时给小球一个垂直磁场方向斜向下的速度(如图所示),则关于小球的运动,下列说法正确的是()A.小球做类平抛运动B.小球在纸面内做匀速圆周运动C.小球运动到最低点时电势能增加D.整个运动过程中机械能不守恒 答案解析解析关闭小球在复合电磁场中处于静止状态,只受两个力作用,即重力和电场力且两者平衡,当把磁场顺时针方向倾斜30,且给小球一个垂直磁场方向的速度v,则小球
3、受到的合力就是洛伦兹力,且与速度方向垂直,所以小球将做匀速圆周运动,小球在垂直于纸面的倾斜平面内做匀速圆周运动,选项A、B错误;小球从开始到最低点过程中克服电场力做功,电势能增加,选项C正确;整个运动过程中机械能不守恒,选项D正确;故选CD。答案解析关闭CD核心考点-7-知识梳理考点自诊3.(2018福建龙岩期末)如图所示,两平行金属板中间有相互垂直的匀强磁场和匀强电场,不计重力的带电粒子沿垂直于电场和磁场方向射入。有可能做直线运动的是()答案解析解析关闭若粒子带正电,则A图中,粒子受向下的电场力和向下的洛伦兹力,粒子不能沿直线运动;同理当粒子带负电时也是一样,选项A错误;B图中,粒子受向上的
4、电场力和向上的洛伦兹力,粒子不能沿直线运动;同理当粒子带负电时也是一样,选项B错误;C图中,粒子受向下的电场力和向上的洛伦兹力,若二力相等,则粒子能沿直线运动;同理当粒子带负电时也是一样,选项C正确;D图中,粒子受向上的电场力和向上的洛伦兹力,粒子不能沿直线运动;同理当粒子带负电时也是一样,选项D错误;故选C。答案解析关闭C核心考点-8-知识梳理考点自诊4.(多选)磁流体发电是一项新兴技术,它可以把物体的内能直接转化为电能,下图是它的示意图。平行金属板A、B之间有一个很强的磁场,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量正、负离子)喷入磁场,A、B两板间便产生电压。如果把A、B和用电器连接,
5、A、B就是直流电源的两个电极,设A、B两板间距为d,磁感应强度为B,等离子体以速度v沿垂直于磁场的方向射入A、B两板之间,则下列说法正确的是()A.A是直流电源的正极B.B是直流电源的正极C.电源的电动势为BdvD.电源的电动势为qvB 答案解析解析关闭 答案解析关闭核心考点-9-知识梳理考点自诊5.(多选)(2019山东枣庄八中月考)利用霍尔效应制作的霍尔元件,广泛应用于测量和自动控制等领域。如图是霍尔元件的工作原理示意图,磁感应强度为B的磁场垂直于霍尔元件的工作面向下,通入图示方向的电流I,C、D两侧面会形成电势差UCD,下列说法中正确的是()A.电势差UCD仅与材料有关B.若霍尔元件的载
6、流子是自由电子,则电势差UCDmbmcB.mbmamcC.mcmambD.mcmbma 答案解析解析关闭 答案解析关闭随堂巩固-41-命题点一命题点二命题点三5.(多选)(2018江西抚州模拟)向下的匀强电场和水平方向的匀强磁场正交的区域里,一带电粒子从a点由静止开始沿曲线abc运动到c点时速度变为零,b点是运动中能够到达的最高点,如图所示,若不计重力,下列说法中正确的是()A.粒子肯定带负电,磁场方向垂直于纸面向里B.a、c点处于同一水平线上C.粒子通过b点时速率最大D.粒子达到c点后将沿原路径返回到a点 答案解析解析关闭粒子开始受到电场力作用而向上运动,受到向右的洛伦兹力作用,则知电场力方
7、向向上,故粒子带负电;根据左手定则判断磁场方向垂直于纸面向里,故A正确。将粒子在c点的状态与a点进行比较,c点的速率为零,动能为零,根据能量守恒可知,粒子在c与a两点的电势能相等,电势相等,则a、c两点应在同一条水平线上;由于在a、c两点粒子的状态(速度为零,电势能相等)相同,粒子将在c点右侧重现前面的曲线运动,因此,粒子是不可能沿原曲线返回a点的,故B正确,D错误。根据动能定理得,粒子从a运动到b点的过程电场力做功最大,则b点速度最大,故C正确。故选ABC。答案解析关闭ABC随堂巩固-42-命题点一命题点二命题点三6.(多选)(2018甘肃兰州模拟)如图所示,空间中存在一水平方向的匀强电场和
8、一水平方向的匀强磁场,磁感应强度大小为B,电场强度大小为 ,且电场方向和磁场方向相互垂直,在正交的电磁场空间中有一足够长的固定粗糙绝缘杆,与电场正方向成60夹角且处于竖直平面内,一质量为m,带电量为q(q0)的小球套在绝缘杆上,若小球沿杆向下的初速度为v0时,小球恰好做匀速直线运动,已知重力加速度大小为g,小球电荷量保持不变,则以下说法正确的是()随堂巩固-43-命题点一命题点二命题点三答案:BD 随堂巩固-44-命题点一命题点二命题点三随堂巩固-45-命题点一命题点二命题点三随堂巩固-46-命题点一命题点二命题点三随堂巩固-47-命题点一命题点二命题点三现代科技中的电磁场问题现代科技中的电磁
9、场问题解决实际问题的一般过程随堂巩固-48-命题点一命题点二命题点三典例3(2016全国卷)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子,右图为其示意图,其中加速电压恒定。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。此离子和质子的质量比约为()A.11 B.12 C.121 D.144 答案解析解析关闭 答案解析关闭随堂巩固-49-命题点一命题点二命题点三思维点拨注意题给信息的含义,“经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开”意味着两粒子在磁场中运动
10、的半径相等。随堂巩固-50-命题点一命题点二命题点三即学即练即学即练7.(多选)(2018河北武邑期中)如图所示,长方体玻璃水槽中盛有NaCl的水溶液,在水槽左右侧壁内侧各装一导体片,使溶液中通入沿x轴正向的电流I,沿y轴正向加恒定的匀强磁场B,图中a、b是垂直于z轴方向上水槽的前后两内侧面,则()A.a处电势高于b处电势B.a处电势等于b处电势C.a处电势小于b处电势D.a处离子浓度大于b处离子浓度 答案解析解析关闭ABC.电流向右,正离子向右运动,磁场的方向是竖直向上的,根据左手定则判断可知,正离子受到的洛伦兹力的方向沿+z方向,正离子向a处运动,同理,知负离子向a处运动,所以a处整体不带
11、电,a处的电势和b处的电势相同,故AC错误,B正确;D.由于正负离子都向a处运动,所以a处的离子浓度大于b处离子浓度,故D正确;故选BD。答案解析关闭BD随堂巩固-51-命题点一命题点二命题点三8.(多选)(2018河北衡水中学模拟)如图所示,一对间距可变的平行金属板C、D水平放置,两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场B。两板通过滑动变阻器与铅蓄电池相连,这种铅蓄电池能快速转换到“逆变”状态,即外界电压过低时能向外界提供一定的供电电压,当外界电压超过某一限定值时可转换为充电状态,闭合开关S后,有一束不计重力的带正电粒子从左侧以一定的速度v0射入两板间恰能做直线运动,现对入射粒子或对装置进行调整,则
12、下列有关描述正确的是()A.若仅将带正电的粒子换成带负电的粒子,也能直线通过B.若只增大两板间距到一定程度时可使铅蓄电池处于充电状态C.若将滑动变阻器触头P向a端滑动,可提高C板的电势D.若只减小入射粒子的速度,可使铅蓄电池处于充电状态 答案解析解析关闭 答案解析关闭随堂巩固-52-命题点一命题点二命题点三9.(多选)(2018四川成都模拟)粒子回旋加速器的工作原理如图所示,置于真空中的D形金属盒的半径为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,高频率交流电的频率为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
13、,则下列说法正确的是()随堂巩固-53-命题点一命题点二命题点三A.质子被加速后的最大速度不能超过2RfB.加速的质子获得的最大动能随加速器的电压U增大而增大C.质子第二次和第一次经过D形盒间狭缝后轨道半径之比为 1D.不改变磁感应强度B和交流电的频率f,该加速器也可加速其他粒子 答案解析解析关闭 答案解析关闭-54-带电粒子在交变电场、磁场中的运动带电粒子在交变电磁场中运动指的是空间存在的电场或磁场是随时间周期性变化的,一般呈现“矩形波”的特点。交替变化的电场及磁场会使带电粒子顺次经过不同特点的电场、磁场或叠加的场,从而表现出多过程现象,其特点较为隐蔽,应注意以下两点:仔细确定各场的变化特点
14、及相应时间,其变化周期一般与粒子在磁场中的运动周期关联。把粒子的运动过程用直观草图进行分析。这类问题的基本思路是:-55-56-典典例例回旋加速器的工作原理如图1所示,置于真空中的D形金属盒半径为r,两盒间狭缝的间距为d,磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。被加速粒子的质量为m、电荷量为+q,加在狭缝零。现考虑粒子在狭缝中的运动时间,假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动,不考虑粒子间的相互作用。求:-57-图 1图2(1)出射粒子的动能Em;(2)粒子从飘入狭缝至动能达到Em所需的总时间t0;(3)要使飘入狭缝的粒子中有超过99%能射出,d应满足的条件。-58-59-60-思维点拨计算粒
15、子在电场中运动的总时间时,可剔除粒子在磁场中的运动,直接将粒子在电场中的各段运动相衔接,作为一个匀加速直线运动来处理,可用总位移nd=at2或总速度v=at来计算。1.解决带电粒子在交变电场、磁场中的运动问题时,关键要明确粒子在不同时间段内、不同区域内的受力特性,对粒子的运动情景、运动性质做出判断。2.这类问题一般都具有周期性,在分析粒子运动时,要注意粒子的运动周期、电场周期、磁场周期的关系。3.带电粒子在交变电磁场中运动仍遵循牛顿运动定律、运动的合成与分解、动能定理、能量守恒定律等力学规律,所以此类问题的研究方法与质点动力学相同。-61-即学即练即学即练1.(2018福建泉州三模)如图甲所示
16、,竖直线MN左侧存在水平向右的匀强电场,MN右侧存在垂直纸面的均匀磁场,磁感应强度B随时间t变化规律如图乙所示,O点下方竖直距离d=23.5 cm处有一垂直-62-模型建立典例示范变式训练答案:(1)7.2103 N/C(2)4 cm(3)1.110-4 s-63-模型建立典例示范变式训练图1-64-模型建立典例示范变式训练-65-2.(2018江苏徐州考前打靶)如图甲所示,在0 xd的区域内有垂直纸面的磁场,在x0的区域内有沿y轴正方向的匀强电场(图中未画出)。一质子从点 处以速度v0沿x轴正方向运动,t=0时,恰从坐标原点O进入匀强磁场。磁场按图乙所示规律变化,以垂直于纸面向外为正方向。已
17、知质子的质量为m,电荷量为e,重力不计。(1)求质子刚进入磁场时的速度大小和方向;(2)若质子在0 时间内从y轴飞出磁场,求磁感应强度B的最小值;(3)若质子从点M(d,0)处离开磁场,且离开磁场时的速度方向与进入磁场时相同,求磁感应强度B0的大小及磁场变化周期T。-66-67-68-69-dsfdbsy384y982ythb3oibt4oy39y409705923y09y53b2lkboi2y58wy0ehtoibwoify98wy049ywh4b3oiut89u983yf9ivh98y98sv98hv98ys9f698y9v698yv98x98tb98fyd98gyd98h98ds98nt
18、98d8genklgb4klebtlkb5k tkeirh893y89ey698vhkrne lkhgi8eyokbnkdhf98hodf hxvy78fd678t9fdu90gys98y9shihixyv78dfhvifndovhf9f8yv9onvkobkw kjfegiudsfdbsy384y982ythb3oibt4oy39y409705923y09y53b2lkboi2y58wy0ehtoibwoify98wy049ywh4b3oiut89u983yf9ivh98y98sv98hv98ys9f698y9v698yv98x98tb98fyd98gyd98h98ds98nt98d8gen
19、klgb4klebtlkb5k tkeirh893y89ey698vhkrne lkhgi8eyokbnkdhf98hodf hxvy78fd678t9fdu90gys98y9shihixyv78dfhvifndovhf9f8yv9onvkobkw kjfegiudsfdbsy384y982ythb3oibt4oy39y409705923y09y53b2lkboi2y58wy0ehtoibwoify98wy049ywh4b3oiut89u983yf9ivh98y98sv98hv98ys9f698y9v698yv98x98tb98fyd98gyd98h98ds98nt98d8gen5638486
20、6666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gj
21、fdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm￥1111111111111111111111111111111222222222222222222222222222222222222222222222222222222223333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333344444￥
