磁場第九章能力課帶電粒子在復合場中的運動欄目導航01知識梳理查漏03配套訓練02題點

各個擊破知識梳理查漏11．復合場(1)疊加場：電場、________、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域內，并不重疊；或在同一區域，電場、磁場________出現．復合場知識一磁場交替2．常見的運動情況(1)帶電粒子在復合場中所受的合外力為零時，粒子將處于________狀態或做____________運動．(2)當帶電粒子所受的合外力時刻指向某個點并充當向心力且合外力大小不變時，粒子將做____________運動(如電場力和重力相平衡，洛倫茲力提供向心力)．(3)當帶電粒子所受的合外力大小、方向均不斷發生變化時，則粒子將做非勻變速曲線運動．(4)帶電粒子在絕緣桿或者絕緣斜面的束縛下的運動．靜止勻速直線勻速圓周【自測1】(2022年咸陽模擬)如圖所示，在MN、PQ間同時存在勻強磁場和勻強電場，磁場方向垂直紙面向外，電場在圖中沒有標出．一帶電小球從a點射入場區，并在豎直面內沿直線運動至b點．則小球

(

)A．一定帶正電B．受到電場力的方向一定水平向右C．從a到b過程中克服電場力做功D．從a到b過程中可能做勻加速運動【答案】C【解析】如圖所示，因重力的方向和磁場方向已確定，若小球帶正電，則根據左手定則可知洛倫茲力的方向．要使小球做直線運動，則電場力與重力及洛倫茲力應平衡．若帶負電，三者仍能平衡，故A、B錯誤．從圖中可知，電場力總是做負功，故C正確．根據題意可知，小球做直線運動，由于洛倫茲力與速度的關系，可確定小球一定做勻速直線運動，故D錯誤．1．質譜儀(1)構造：如圖所示，由粒子源、__________、__________和照相底片等構成．帶電粒子在勻強磁場中運動的應用實例知識二加速電場偏轉磁場(2)原理：粒子由靜止被加速電場加速，根據動能定理可得關系式qU＝________.粒子在磁場中受洛倫茲力作用而偏轉，做勻速圓周運動，根據牛頓第二定律得關系式qvB＝________.由兩式可得出需要研究的物理量，如粒子軌道半徑、粒子質量、比荷．2．回旋加速器(1)構造：如圖所示，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒的縫隙處接________電源．D形盒處于勻強磁場中．交流相等磁感應強度B

半徑R

無關小惑易解這兩個實例都應用了帶電粒子在電場中加速，在磁場中偏轉(勻速圓周運動)的原理．(電場加速，磁場偏轉)非磁性材料qE

4．霍爾效應在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導體．當_____________與電流方向垂直時，導體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現了________，這種現象稱為霍爾效應，所產生的電勢差稱為霍爾電勢差．其原理如圖所示．磁場方向電勢差5．磁流體發電機(1)磁流體發電是一項新興技術，它可以把_______直接轉化為電能．(2)根據左手定則，圖中的B是發電機的________．內能正極BLv

6．速度選擇器(1)構造：如圖所示，平行板中電場強度E和磁感應強度B互相________，這種裝置能把具有一定________的粒子選擇出來，所以叫速度選擇器．

垂直速度Eq＝qvB

【自測2】(2022年淄博名校模擬)如圖所示的速度選擇器中有正交的電場和磁場．有一粒子沿垂直于電場和磁場的方向飛入其中，并沿直線運動(不考慮重力作用)．則此粒子

(

)A．一定帶正電B．一定帶負電C．可能帶正電或負電，也可能不帶電D．一定不帶電【答案】C題點各個擊破21．帶電粒子在疊加場中無約束情況下的運動情況(1)磁場力、重力并存．①若重力和洛倫茲力平衡，則帶電粒子做勻速直線運動．②若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電粒子將做復雜的曲線運動，因洛倫茲力不做功，故機械能守恒．命題點一帶電粒子在復合場中的運動[師生共研類](2)電場力、磁場力并存(不計重力的微觀粒子)．①若電場力和洛倫茲力平衡，則帶電粒子做勻速直線運動．②若電場力和洛倫茲力不平衡，則帶電粒子將做復雜的曲線運動．因洛倫茲力不做功，可用動能定理求解．(3)電場力、磁場力、重力并存．①若三力平衡，一定做勻速直線運動或靜止．②若重力與電場力平衡，一定做勻速圓周運動．③若合力不為零且與速度方向不垂直，將做復雜的曲線運動．因洛倫茲力不做功，可用能量守恒定律或動能定理求解問題．2．帶電粒子在復合場中有約束情況下的運動帶電粒子在復合場中受輕桿、輕繩、圓環、軌道等約束的情況下，常見的運動形式有直線運動和圓周運動．此時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點，運用動能定理、能量守恒定律結合牛頓運動定律求出結果．例1如圖所示，空間某區域存在勻強電場和勻強磁場，電場方向豎直向上(與紙面平行)，磁場方向垂直于紙面向里，三個帶正電的微粒a、b、c電荷量相等，質量分別為ma、mb、mc，已知在該區域內，a在紙面內做勻速圓周運動，b在紙面內向右做勻速直線運動，c在紙面內向左做勻速直線運動．下列選項正確的是

(

)A．ma＞mb＞mc

B．mb＞ma＞mcC．mc＞ma＞mb

D．mc＞mb＞ma【答案】B【解析】設三個微粒的電荷量均為q，a在紙面內做勻速圓周運動，說明洛倫茲力提供向心力，重力與電場力平衡，則mag＝qE；

①b在紙面內向右做勻速直線運動，三力平衡，則mbg＝qE＋qvB；

②c在紙面內向左做勻速直線運動，三力平衡，則mcg＋qvB＝qE. ③比較①②③式得mb>ma>mc，B正確．1．(2022年開封模擬)如圖所示，空間存在垂直紙面向里、磁感應強度為B的勻強磁場和水平向左、場強為E的勻強電場．有一質量為m、電荷量大小為q的微粒垂直于磁場且以與水平方向成45°角的速度v做直線運動．重力加速度為g.則下列說法正確的是 (

)A．微?？赡茏鰟蚣铀僦本€運動B．微?？赡苤皇軆蓚€力作用【答案】D2．(2020年全國卷Ⅱ)CT掃描是計算機X射線斷層掃描技術的簡稱，CT掃描機可用于對多種病情的探測．圖甲是某種CT機主要部分的剖面圖，其中X射線發生部分的示意圖如圖乙所示．圖乙中M、N之間有一電子束的加速電場，虛線框內有勻強偏轉磁場．經調節后電子束從靜止開始沿帶箭頭的實線所示的方向前進，打到靶上，產生X射線(如圖中帶箭頭的虛線所示)．將電子束打到靶上的點記為P點．則 (

)A．M處的電勢高于N處的電勢B．增大M、N之間的加速電壓可使P點左移C．偏轉磁場的方向垂直于紙面向外D．增大偏轉磁場磁感應強度的大小可使P點左移【答案】D帶電粒子在組合場中運動問題的思路和方法命題點二質譜儀和回旋加速器[師生共研類]例2如圖是質譜儀的工作原理示意圖．帶電粒子被加速電場加速后進入速度選擇器．速度選擇器內相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為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下方有強度為B0的勻強磁場．下列表述不正確的是 (

)【答案】D1．(多選)日本福島核電站的核泄漏事故使碘的同位素碘131被更多的人所了解．利用質譜儀可分析碘的各種同位素．如圖所示，電荷量均為＋q的碘－131和碘－127質量分別為m1和m2，它們從容器A下方的小孔S1進入電壓為U的加速電場(入場速度忽略不計)，經電場加速后從S2小孔射出，垂直進入磁感應強度為B的勻強磁場中，最后打到照相底片上．下列說法正確的是 (

)【答案】BD2．(多選)(2021年煙臺模擬)如圖是回旋加速器的示意圖．其核心部分是兩個D形金屬盒，分別與高頻交流電源正負極連接，在兩個D形金屬盒間的狹縫中形成周期性變化的電場使粒子在通過狹縫時都能得到加速．兩個D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中．下列說法正確的是

(

)A．加速電壓越大，粒子最終射出時獲得的動能就越大B．粒子射出時的最大動能與加速電壓無關，與D形金屬盒的半徑和磁感應強度有關【答案】BC例3

(2021年河北卷)如圖，距離為d的兩平行金屬板P、Q之間有一勻強磁場，磁感應強度大小為B1.一束速度大小為v的等離子體垂直于磁場噴入板間，相距為L的兩光滑平行金屬導軌固定在與導軌平面垂直的勻強磁場(圖中未畫出)中，磁感應強度大小為B2，導軌平面與水平面夾角為θ，兩導軌分別與P、Q相連，質量為m、電阻為R的金屬棒ab

垂直導軌放置，恰好靜止．重力加速度為g，不計導軌電阻、板間電阻和等離子體中的粒子重力．下列說法正確的是 (

)命題點三考查電磁流量計、磁流體發電機等新科技知識[師生共研類]【答案】B1．(2022年浙江名校期末)目前世界上正在研究一種新型發電機叫磁流體發電機，它可以把氣體的內能直接轉化為電能，如圖所示為它的發電原理圖．將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負電的粒子，從整體上來說呈電中性)噴射入磁感應強度為B的勻強磁場，磁場中有兩塊面積為S、相距為d的平行金屬板與外電阻R相連構成一電路．設氣流的速度為v，氣體的電導率(電阻率的倒數)為g.則流過外電阻R的電流強度I及電流方向為

(

)【答案】B2．(多選)(2021年啟東月考)某省啟動“263”專項行動打響碧水藍天保衛戰．暗訪組在某化工廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計，測量管由絕緣材料制成，其長為L、直徑為D，左右兩端開口，勻強磁場方向