第3讲 带电粒子在复合场中的运动及应用实例
考点梳理
一、复合场
复合场是指电场、磁场和重力场并存，或其中某两场并存．从场的复合形式上一般可分为如下两种情况：
1．组合场
2．叠加场
三、电场、磁场分区域应用实例
1．速度选择器(如图)
(1)平行板间电场强度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，所以叫做速度选择器．
(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE＝qvB，即v＝E/B.
2．磁流体发电机
(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能．
(2)根据左手定则，如图中的B板是发电机正极．
(3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁场磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U＝Bdv.
3．电磁流量计
(1)如图所示，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流过导管；
(2)原理：导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下横向偏转，a、b间出现电势差，形成电场．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＝Udq，可得v＝UBd，液体流量Q＝Sv＝πd24·UBd＝πdU4B.
4．质谱仪
(1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成．
(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式12mv2＝qU①
粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式qvB＝mv2r②
由①②两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷．
r＝1B 2mUq，m＝qr2B22U，qm＝2UB2r2.
2．回旋加速器
(1)构造：如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源．D形盒处于匀强磁场中． (2)原理 ①在电场中加速：qU＝12m(v2n－v2n－1)＝ΔEk.
②在磁场中旋转：qvB＝mv2R，得R＝mvqB.
【巩固练习】一、选择题
1、如图所示，两平行、正对金属板水平放置，使上面金属板带上一定量正电荷，下面金属
板带上等量的负电荷，再在它们之间加上垂直纸面向里的匀强磁场。一个带电粒子以某一初
速度v0沿垂直于电场和磁场的方向从两金属板左端中央射入后向上偏转。若带电粒子所受
重力可忽略不计，仍按上述方式将带电粒子射入两板间，为使其进入两板间后向下偏转，下
列措施中一定不可行方案是（）A．仅增大带电粒子射入时的速度
B．仅增大两金属板所带的电荷量
C．仅减小射入粒子所带电荷量
D．仅改变射入粒子电性
2、如图所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场。一带
电粒子a（不计重力）以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由
区域右边界的O′点（图中未标出）穿出。若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个
同样的粒子b（不计重力）仍以相同初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b（）A．穿出位置一定在O′点下方
B．穿出位置一定在O′点上方
C．运动时，在电场中的电势能一定减小
D．在电场中运动时，动能一定减小
3、如图所示，a、b是一对平行的金属板，分别接到直流电源的两极上，右边有一挡板，正
中间开有一小孔d。在较大的空间范围内存在着匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直
纸面向里，而在a、b两板间还存在着匀强电场。从两板左侧正中的中点c处射入一束正离
子，这些正离子都沿直线运动到右侧，从d孔射出后分成3束．则这些正离子的()A．速度一定都不相同
B．质量一定有3种不同的数值
C．电荷量一定有3种不同的数值
D．比荷(q／m)一定有3种不同的数值
4、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、负带电粒子，电荷量为q）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就是一个直流电源的两个电极。设A、B两板间距为d，两板的长度为l，
物理总复习：复合场的实际应用
编稿：李传安 审稿：张金虎
【考纲要求】
知道速度选择器、回旋加速器、质谱仪、电磁流量计、霍尔效应、磁流体发电机的原
理及基本构造，会分析相关的应用问题。
【考点梳理】
考点、复合场的实际应用
1、速度选择器
要点诠释：利用垂直的电场、磁场选出一定速度的带电粒子的装置。基本构造如图所示，两平行金属板间加电压产生匀强电场E，匀强磁场B与E垂直．当带电荷量为q的粒子以速度v垂直进入匀强电场和磁场的区域时，粒子受电场力qE和洛伦兹力qvB的作用，无论粒子带正电还是带负电，电场力和洛伦兹力的方向总相反。若电场力与洛伦兹力大小相等，即qEqvB，则EvB．粒子受合力为零，匀速通过狭缝射出，若粒子速度vv，则洛伦兹力大于电场力；若vv，则电场力大于洛伦兹力，粒子将向下或向上偏转而不能通过狭缝。所以通过速度选择器射出的粒子都是速度EvB的粒子。
2、质谱仪
要点诠释：（1）构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等。
（2）原理：粒子由静止在加速电场中被加速，根据动能定理212qUmv ①
粒子在磁场中受洛伦兹力偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律2vqvBmr②
由①②两式可得出需要研究的物理量如粒子轨道半径、粒子质量、比荷等。
轨道半径12mUrBq，粒子质量222qrBmU，比荷222qUmBr。
3、回旋加速器
要点诠释：（1）构造：如图所示，12DD、是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源。D形盒处于匀强磁场中。
（2）原理：交流电周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速。由2vqvBmR，得2222KmqBREm，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。
对回旋加速器的进一步理解：
（1）粒子在回旋加速器电场内的运动
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- 1 - 高三物理高考第一轮总复习
(二十四) 带电粒子在复合场中的运动及应用实例
1.不计重力的负粒子能够在如图所示的正交匀强电场和匀强磁场中匀速直线穿过．设产生匀强电场的两极板间电压为U，距离为d，匀强磁场的磁感应强度为B，粒子电荷量为q，进入速度为v，以下说法正确的是( )
A．若同时增大U和B，其他条件不变，则粒子一定能够直线穿过
B．若同时减小d和增大v，其他条件不变，则粒子可能直线穿过
C．若粒子向下偏，能够飞出极板间，则粒子动能一定减小
D．若粒子向下偏，能够飞出极板间，则粒子的动能有可能不变
2．如图所示，一束正离子从S点沿水平方向射出，在没有偏转电场、磁场时恰好击中荧光屏上的坐标原点O；若同时加上电场和磁场后，正离子束最后打在荧光屏上坐标系的第Ⅲ象限中，则所加电场E和磁场B的方向可能是(不计离子重力及其之间相互作用力)(
)
A．E向下，B向上 B．E向下，B向下
C．E向上，B向下 D．E向上，B向上
3.三个带正电的粒子a、b、c(不计重力)以相同动能水平射入正交的电磁场中，轨迹如图所示．关于它们的质量ma、mb、mc的大小关系和粒子a动能变化，下列说法正确的是( )
A．ma＜mb＜mc
B．ma＞mb＞mc
C．粒子a动能增加
D．粒子a动能减少
4.如图所示，空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场的方向竖直向下，磁场方向水平(图中垂直纸面向里)，一带电油滴P恰好处于静止状态，则下列说法正确的是( )
A．若仅撤去电场，P可能做匀加速直线运动
B．若仅撤去磁场，P可能做匀加速直线运动
C．若给P一初速度，P不可能做匀速直线运动
D．若给P一初速度，P可能做匀速圆周运动
5．如图所示，一束带电粒子(不计重力，初速度可忽略)缓慢通过小孔O1进入极板间电压……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………
