高三物理一轮复习 第8章 磁场 第3节 带电粒子在复合场中的运动只加试要求教师用书Word下载.docx

高三物理一轮复习 第8章 磁场 第3节 带电粒子在复合场中的运动只加试要求教师用书Word下载.docx

《高三物理一轮复习 第8章 磁场 第3节 带电粒子在复合场中的运动只加试要求教师用书Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高三物理一轮复习 第8章 磁场 第3节 带电粒子在复合场中的运动只加试要求教师用书Word下载.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

3．速度选择器

如图833所示，平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫速度选择器．

图833

（2）带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是Eq＝qvB，即v＝，速度v与粒子电荷量、电性、质量无关．

4．磁流体发电机

高速等离子体射入匀强磁场，在洛伦兹力的作用下发生偏转而打在A、B极板上，使两极板产生电势差．当离子做匀速运动时，两极板间的电势差最大．根据左手定则，如图834所示中的B极板是发电机的正极．若磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁感应强度为B，则由＝Bqv得两极板间能达到的最大电势差U＝Bdv.

图834

5．霍尔效应

如图835所示，在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流体，当磁场方向与电流方向垂直时，形成电流的载流子受洛伦兹力的作用发生偏转，导致导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差．这个现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差或霍尔电压．当载流子不偏转时，即所受洛伦兹力与电场力平衡时，霍尔电压达到稳定值．

图835

6．电磁流量计

电磁流量计原理：

如图836所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动．导电液体中的自由电荷（正、负电子）在洛伦兹力作用下纵向偏转，a、b间出现电势差U.当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定．

由Bqv＝Eq＝，可得v＝.流量Q＝Sv＝.

图836

带电粒子在复合场中运动的六个实例比较

速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件都是带电粒子在相互正交的电场和磁场组成的复合场中的运动平衡问题．所不同的是速度选择器中的电场是带电粒子进入前存在的，是外加的；

磁流体发电机、电磁流量计和霍尔元件中的电场是粒子进入磁场后，在洛伦兹力作用下带电粒子在两极板间聚集后才产生的．

1．（加试要求）（多选）一质子以速度v穿过互相垂直的电场和磁场区域（如图837所示）而没有发生偏转，则（　　）

【导学号：

81370302】

图837

A．若电子以相同速度v射入该区域，将会发生偏转

B．无论何种带电粒子（不计重力），只要以相同速度v射入都不会发生偏转

C．若质子的速度v′＜v，它将向下偏转而做类平抛运动

D．若质子的速度v′＞v，它将向上偏转，其运动轨迹既不是圆弧也不是抛物线

BD　[质子穿过互相垂直的电场和磁场区域而没有发生偏转，则qvB＝qE，v＝，无论何种带电粒子（不计重力）只要v＝，均不会发生偏转，故选项A错误，B正确．当v′＜v或v′＞v时qvB≠qE，电场力做功，速度大小、方向发生变化，则洛伦兹力时刻改变，其运动轨迹既不是圆弧也不是抛物线，选项C错误，D正确．]

2．（多选）（加试要求）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，如图838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，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（　　）

图838

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B′dvD．电源的电动势为qvB′

BC　[等离子体喷入磁场，正离子因受向下的洛伦兹力而向下偏转，B是直流电源的正极，则选项B正确；

当带电粒子以速度v做匀速直线运动时，q＝qvB′，电源的电动势U＝B′dv，则选项C正确．]

3．（加试要求）（2016·

东阳调研）（多选）回旋加速器的原理如图839所示，它由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（　　）

图839

A．离子从电场中获得能量

B．离子从磁场中获得能量

C．只增大空隙间的加速电压可增加离子从回旋加速器中获得的动能

D．只增大D形盒的半径可增加离子从回旋加速器中获得的动能

AD　[回旋加速器通过电场对离子做功获得能量，A正确；

洛伦兹力对离子不做功，B错误；

粒子获得的能量为Ekm＝，C错误、D正确．]

4．（加试要求）1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖．若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图8310所示，则下列相关说法中正确的是（　　）

81370303】

图8310

A．该束带电粒子带负电

B．速度选择器的P1极板带负电

C．在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷越小

D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大

C　[带电粒子在磁场中向下偏转，磁场的方向垂直纸面向外，根据左手定则知，该粒子带正电，故选项A错误．在平行金属板间，根据左手定则知，带电粒子所受的洛伦兹力方向竖直向上，则电场力的方向竖直向下，知电场强度的方向竖直向下，所以速度选择器的P1极板带正电，故选项B错误．进入B2磁场中的粒子速度是一定的，根据qvB＝得，r＝，知r越大，比荷越小，而质量m不一定大，故选项C正确、选项D错误．]

5．（2015·

浙江10月学考）小张在探究磁场对电流作用的实验中，将直导线换作导体板，如图8311所示，发现在a、b两点之间存在电压Uab.进一步实验结果如下表：

电流

磁感应强度

电压Uab

I

B

U

2B

2U

3B

3U

2I

3I

图8311

由表中结果可知电压Uab（　　）

A．与电流无关　　　　　B．与磁感应强度无关

C．与电流可能成正比D．与磁感应强度可能成反比

C　[探究目标是电压与电流、磁感应强度的关系，由控制变量法可知I一定时，U与B成正比，同理，B一定时，U与I成正比，故只有C正确．]

考点二|带电粒子叠加场中的运动

1．带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动情况分类

（1）洛伦兹力、重力并存

①若重力和洛伦兹力平衡，则带电粒子做匀速直线运动．

②若重力和洛伦兹力不平衡，则带电粒子将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，故机械能守恒，由此可求解问题．

（2）电场力、洛伦兹力并存（不计重力的微观粒子）

①若电场力和洛伦兹力平衡，则带电粒子做匀速直线运动．

②若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电粒子将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，可用动能定理求解问题．

（3）电场力、洛伦兹力、重力并存

①若三力平衡，一定做匀速直线运动．

②若重力与电场力平衡，一定做匀速圆周运动．

③若合力不为零且与速度方向不垂直，将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，可用能量守恒定律或动能定理求解问题．

2．带电粒子在叠加场中有约束情况下的运动

带电粒子在叠加场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下，常见的运动形式有直线运动和圆周运动，此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况，并注意洛伦兹力不做功的特点，运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求解．

带电粒子在叠加场中运动分析思路

1．（加试要求）（多选）在图8312中虚线所示的区域存在匀强电场和匀强磁场．取坐标系如图所示，一带电粒子沿x轴正向进入此区域，在穿过此区域的过程中运动方向始终不发生偏转，不计重力的影响，电场强度E和磁感应强度B的方向可能是（　　）

图8312

A．E和B都沿x轴正向

B．E沿y轴正向，B沿z轴正向

C．E沿z轴正向，B沿y轴正向

D．E、B都沿z轴正向

AB　[本题没有说明带电粒子的带电性质，为便于分析，假定粒子带正电．A选项中，磁场对粒子作用力为零，电场力与粒子运动方向在同一直线上，带电粒子的运动方向不会发生偏转，故A正确；

B选项中，电场力方向向上，洛伦兹力方向向下，当这两个力平衡时，粒子运动方向可以始终不变，B正确；

C选项中，电场力、洛伦兹力都沿z轴正方向，粒子将做曲线运动，C错；

D选项中，电场力沿z轴正方向，洛伦兹力沿y轴负方向，两力不可能平衡，粒子将做曲线运动，D错．如果粒子带负电，仍有上述结果．]

2．（加试要求）如图8313所示，在互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，电荷量为q的液滴在竖直面内做半径为R的匀速圆周运动，已知电场强度为E，磁感应强度为B，则液滴的质量和环绕速度分别为（　　）

图8313

A.，B.，

C．B，D.，

D　[液滴要在这种叠加场中做匀速圆周运动，从受力的角度来看，一是要满足恒力的合力为零，即qE＝mg，有m＝，二是洛伦兹力提供向心力Bqv＝，则可得v＝，选项D正确．]

3．如图8314所示，界面MN与水平地面之间有足够大且正交的匀强磁场B和匀强电场E，磁感线和电场线都处在水平方向且互相垂直，在MN上方有一个带正电的小球由静止开始下落，经电场和磁场到达水平地面．若不计空气阻力，小球在通过电场和磁场的过程中，下列说法中正确的是（　　）

图8314

81370304】

A．小球做匀变速曲线运动

B．小球的电势能保持不变

C．洛伦兹力对小球做正功

D．小球的动能增量等于其电势能和重力势能减少量的总和

D　[

带电小球在刚进入复合场时受力如图所示，则带电小球进入复合场后做曲线运动，因为速度会发生变化，洛伦兹力就会跟着变化，所以不可能是匀变速曲线运动，选项A错误；

根据电势能公式Ep＝qφ，知只有带电小球竖直向下做直线运动时，电势能保持不变，选项B错误；

根据洛伦兹力的方向确定方法知，洛伦兹力方向始终和速度方向垂直，所以洛伦兹力不做功，选项C错误；

从能量守恒角度知道选项D正确．]

4．带电小球以一定的初速度v0竖直向上抛出，能够达到的最大高度为h1；

若加上水平方向的匀强磁场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h2；

若加上水平方向的匀强电场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h3，如图8315所示，不计空气阻力，则（　　）

图8315

A．h1＝h2＝h3B．h1＞h2＞h3

B．h1＝h2＞h3D．h1＝h3＞h2

D　[由竖直上抛运动的最大高度公式得：

h1＝；

当小球在磁场中运动到最高点时，小球应有水平速度，由能量守恒得：

mgh2＋Ek＝mv＝mgh1，所以h1＞h2；

当加上电场时，由运动的分解可知：

在竖直方向上有v＝2gh3，所以h1＝h3，选项D正确．]

考点三|带电粒子在组合场中的运动

垂直电场线进入匀强电场（不计重力）

垂直磁感线进入匀强磁场（不计重力）

受力情况

电场力F＝qE，其大小、方向不变，与速度v无关，F是恒力

洛伦兹力F洛＝qvB，其大小不变，方向随v而改变，F洛是变力

轨迹

抛物线

圆或圆的一部分

情景图

求解方法

类平抛运动

vx＝v0，x＝v0t

vy＝·

t，

y＝·

·

t2

偏转角φ：

tanφ＝＝

匀速圆周运动

半径：

r＝

周期：

T＝

偏