高三物理高考二轮复习题六--带电粒子在磁场-复合场中的运动

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专题五 带电粒子在磁场、复合场中的运动

【备考策略】

根据近三年高考命题特点和命题规律，复习专题时，要注意以下几个方面：

1. 通过复习，整合磁场基本知识，弄清楚带电粒子在磁场中运动的基本规律，掌握带电粒子在有界磁场中运动问题的基本方法；区分有边界磁场中圆心、半径、临界条件、周期和时间等问题的解决方法，并注意几何关系的灵活应用

2. 归纳总结复合场的基本知识，加强电场、磁场与力学知识的整合，分清带电粒子在不同复合场中的运动形式和遵循的运动规律，特别弄清楚粒子在分区域场中的分阶段运动，总结出复合场问题的解题思路、解题方法、解题步骤.

3. 充分注意带电粒子在复合场中运动规律的实际应用问题.如质谱仪、 回旋加速器、速度加速器、电磁流量计等.

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重要考纲 要求

洛伦兹力公式 Ⅱ

带电粒子在匀强磁场中的运动 Ⅱ

带电粒子在匀强电场中的运动 Ⅱ

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第1讲 带电粒子在磁场中的运动

【核心要点突破】

知识链接

一、洛仑兹力

1、公式：F＝qvBsinα(α为v与B的夹角)

2、特点：洛伦兹力F的方向既垂直于磁场B的方向，又垂直于运动电荷的速度v的方向，即F总是垂直于B和v所在的平面．故永远不对运动电荷做功。

3、方向的判断：左手定则

二、带电粒子在匀强磁场中的运动公式

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深化整合

一、 电场力和洛伦兹力的比较

电场力 洛仑兹力

力存在条件 作用于电场中所有电荷 仅对运动着的且速度不跟磁场平行的电荷有洛仑兹力作用

力力大小 F=qE与电荷运动速度无关 F=Bqv与电荷的运动速度有关

力方向 力的方向与电场方向相同或相反，但总在同一直线上 力的方向始终和磁场方向垂直

力的效果 可改变电荷运动速度大小和方向 只改变电荷速度的方向,不改变速度的大小

第2课时带电粒子在复合场中的运动1．电场中常见的运动类型(1)匀变速直线运动：通常利用动能定理qU＝12mv2－12mv02来求解；对于匀强电场，电场力做功也可以用W＝qEd来求解．(2)偏转运动：一般研究带电粒子在匀强电场中的偏转问题．对于类平抛运动可直接利用平抛运动的规律以及推论；较复杂的曲线运动常用运动的合成与分解的方法来处理．2．匀强磁场中常见的运动类型(仅受磁场力作用) (1)匀速直线运动：当v∥B时，带电粒子以速度v做匀速直线运动．(2)匀速圆周运动：当v⊥B时，带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度大小做匀速圆周运动．3．关于粒子的重力(1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些宏观物体，如带电小球、液滴、金属块等一般应考虑其重力．(2)不能直接判断是否要考虑重力的情况，在进行受力分析与运动分析时，根据运动状态可分析出是否要考虑重力．1．解题关键带电粒子在复合场中做什么运动，取决于带电粒子所受的合外力及初始运动状态的速度，因此带电粒子的运动情况和受力情况的分析是解题的关键．2．力学规律的选择(1)当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，应根据平衡条件列方程求解．(2)当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，往往同时应用牛顿第二定律和受力分析列方程联立求解．(3)当带电粒子在复合场中做非匀变速曲线运动时，应选用动能定理或能量守恒定律列方程求解．高考题型1 带电粒子在叠加场中的运动1．解题规范(1)叠加场的组成特点：电场、磁场、重力场两两叠加，或者三者叠加．

倒数第7天 磁场和带电粒子在磁场或复合场中的运动

1．磁场的基本性质是什么？安培定则和左手定则有何区别？

答案 (1)磁场是一种物质，存在于磁体、电流和运动电荷周围，产生于电荷的运动，磁体、电流和运动电荷之间通过磁场而相互作用．

(2)两个定则：①安培定则：判断电流周围的磁场方向．

②左手定则：判断电流或运动电荷在磁场中的受力方向．

2．通电导线在磁场中一定受到力的作用吗？磁场对电流的力的作用有什么特点？

答案 当通电导线放置方向与磁场平行时，磁场对通电导线无力的作用．除此以外，磁场对通电导线有力的作用．当I⊥B时，磁场对电流的作用为安培力F＝BIL，其中L为导线的有效长度，安培力的方向用左手定则判断，且安培力垂直于B和I确定的平面．

3．带电粒子在磁场中的受力情况有何特点？洛伦兹力的大小与哪些物理量有关，它的方向如何判定？洛伦兹力为什么不做功？

答案 (1)磁场只对运动电荷有力的作用，对静止电荷无力的作用．磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力．

(2)洛伦兹力的大小和方向：其大小为F洛＝qvBsin θ，注意：θ为v与B的夹角．F洛的方向仍由左手定则判定，但四指的指向应为正电荷运动的方向或负电荷运动方向的反方向．

(3)因为洛伦兹力的方向总是垂直于速度方向，所以洛伦兹力不做功．

4．分析带电粒子在磁场中的匀速圆周运动问题的基本思路和方法是怎样的？

答案 (1)圆心的确定：因为洛伦兹力F洛指向圆心，根据F洛⊥v，画出粒子运动轨迹上任意两点的(一般是射入和射出磁场的两点)F洛的方向，沿两个洛伦兹力F洛的方向画其延长线，两延长线的交点即为圆心，或利用圆心位置必定在圆中任意一根弦的中垂线上，作出圆心位置．

(2)半径的确定和计算：利用平面几何关系，求出该圆的可能半径(或圆心角)．

(3)粒子在磁场中运动时间的确定：利用回旋角α(即圆心角)与弦切角的关系，或者利用四边形内角和等于360°计算出圆心角α的大小，由公式t＝α360°T可求出粒子在磁场中运动的时间．

带电粒子在复合场中运动的实例分析

1．在如图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( )

A．一定带正电

B．速度v＝EB

C．若速度v＞EB，粒子一定不能从板间射出

D．若此粒子从右端沿虚线方向进入，仍做直线运动

2．(多选)医用回旋加速器的核心部分是两个D形金属盒，如图所示，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连．现分别加速氘核(21H)和氦核(42He)并通过线束引出加速器．下列说法中正确的是( )

A．加速两种粒子的高频电源的频率相同

B．两种粒子获得的最大动能相同

C．两种粒子在D形盒中运动的周期相同 D．增大高频电源的电压可增大粒子的最大动能

3.(多选)如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场．一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电离子)沿垂直于磁场的方向喷入磁场．把P、Q与电阻R相连接．下列说法正确的是( )

A．Q板的电势高于P板的电势

B．R中有由a向b方向的电流

C．若只改变磁场强弱，R中电流保持不变

D．若只增大离子入射速度，R中电流增大

4.(多选)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．如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B 垂直于霍尔元件的工作面向下，当元件中通入图示方向的电流I 时，C、D 两侧面会形成一定的电势差U.下列说法中正确的是( )

A．若C侧面电势高于D侧面，则元件中形成电流的载流子带负电

B．若C侧面电势高于D侧面，则元件中形成电流的载流子带正电 C．在地球南、北极上方测地磁场强弱时，元件工作面竖直放置时U最大

D．在地球赤道上方测地磁场强弱时，元件工作面竖直放置且与地球经线垂直时，U最大

5．容器A中装有大量的质量、电荷量不同但均带正电的粒子，粒子从容器下方的小孔S1不断飘入加速电场(初速度可视为零)做直线运动，通过小孔S2后从两平行板中央沿垂直电场方向射入偏转电场．粒子通过平行板后沿垂直磁场方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场区域，最后打在感光片上，如图所示．已知加速电场中S1、S2间的加速电压为U，偏转电场极板长为L，两板间距也为L，板间匀强电场强度E＝2UL，方向水平向左(忽略板间外的电场)，平行板f的下端与磁场边界ab相交于点P，在边界ab上实线处固定放置感光片．测得从容器A中逸出的所有粒子均打在感光片PQ之间，且Q距P的长度为3L，不考虑粒子所受重力与粒子间的相互作用，求：