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高考第080讲 总复习：复合场的实际应用(提高)知识讲解 复合场的实际应用(提高)

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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2vqvBmr② 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222

2KmqBREm，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 由于磁场不能对粒子加速，所以粒子每次进入电场的初速度是上一次离开电场时的末速度，忽略粒子在速度方向上发生的变化，粒子在电场中的运动可看作匀变速直线运动，其加

速度qUamd，在电场中运动的总时间mvta，总路程22mvsa。 （2）粒子在磁场中运动的总时间 粒子在磁场中运动一个周期，被电场加速两次，带电粒子被电场加速的次数由加速电压

决定，KmEnqU，所以粒子在磁场中运动的总时间 22222222222KmEnmqBRmBR

tTqUqBmqUqBU

。

（3）金属盒的作用 使带电粒子在回旋加速器的金属盒中运动，是利用了金属盒的静电屏蔽作用，不受外界电场干扰。带电粒子在金属盒内只受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动。这样，粒子在装置内沿螺旋轨道逐渐趋于金属盒的边缘，达到预期能量后，用特殊装置把它们引出。 4、霍尔效应 要点诠释：如图所示，厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板上侧面A和下侧面A之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和磁感应强度B的关系为IBUkd，式中的比例系数k称为霍尔系数．霍尔效应可解释为：外部磁场的洛伦兹力使

运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力。当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。

霍尔效应原理的应用常见的有：磁强计、电磁流量计、磁流体发电机等。为了便于理解和掌握，这里分别叙述和讲解。

5、电磁流量计 要点诠释：如图所示，一圆形导管直径为d，由非磁性材料制成，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、负离子）在洛伦兹力作用下发生偏转，a、b间出现电势差保持恒定。（图中根据左手定则，正离子打在b上，为正极，负离子打在a上为负极，洛伦兹力方向向下，电场力方向向上）

由UqvBqEqd可得UvBd

故流量244dUdUQSvBdB。 6、磁流体发电机 要点诠释：如图所示是磁流体发电机，其原理是：等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生偏转而聚集到B、A板上，产生电势差。设A、B平行金属板的面积为S，相距l，等离子气体的电阻率为，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感应强度为B，板外电阻为R，当等离子气体匀速通过A、B板间，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势。此时离子受力平衡：qEqvB场，=EvB场，电动势EElBlv场

（l是AB间的距离，不是板的长度），电源内电阻lrS（AB的长度是l），所以R中电

流EBlvSIRrRSl。

【典型例题】 类型一、速度选择器 例1、在图中实线框所示的区域内同时存在着匀强磁场和匀强电场．一个带电粒子（不计重力）恰好能沿直线MN从左至右通过这一区域．那么匀强磁场和匀强电场的方向可能．．为下列哪种情况 ( )

A．匀强磁场方向竖直向上，匀强电场方向垂直于纸面向外 B．匀强磁场方向竖直向上，匀强电场方向垂直于纸面向里 C．匀强磁场方向垂直于纸面向里，匀强电场方向竖直向上 D．匀强磁场和匀强电场的方向都水平向右 【思路点拨】理解“恰好能沿直线MN从左至右通过这一区域”的意义，理解“匀强磁场和匀强电场的方向可能．．为” 的意义，对各种情况进行分析。 【答案】BD 【解析】A选项：根据左手定则，如果粒子带正电，洛伦兹力方向垂直于纸面向外，电场力方向也垂直于纸面向外，粒子不能做直线运动；如果粒子带负电，洛伦兹力方向垂直于纸面向里，电场力方向也垂直于纸面向里，粒子也不能做直线运动，A错。B选项：根据左手定 则，如果粒子带正电，洛伦兹力方向垂直于纸面向外，电场力方向垂直于纸面向里，如果洛伦兹力等于电场力，粒子做匀速直线运动，可以；如果粒子带负电，洛伦兹力方向垂直于纸面向里，电场力方向垂直于纸面向外，也可能，只要有一种电荷能满足条件，答案就是对的，B正确。C选项：同上方法分析得出，无论粒子带正电还是带负电都不可能，C错；D选项：磁场方向与运动方向平行，不受洛伦兹力，只受电场力，正电荷做匀加速直线运动，负电荷做匀减速直线运动，D对。故选BD。 【总结升华】“恰好能沿直线MN从左至右通过这一区域”的意义是：第一种情况合力为零，洛伦兹力与电场力等大反向，做匀速直线运动；第二种情况合力与运动方向平行，做变速直线运动，如果洛伦兹力发生变化，不可能做直线运动，那么只有洛伦兹力为零，磁场方向与速度方向平行。 举一反三 【变式】如图所示，电源电动势为E，内阻为r，滑动变阻器电阻为R，开关K闭合。两平行极板间有匀强磁场，一带电粒子(不计重力)正好以速度v匀速穿过两板。以下说法正确的是 ( )

A．保持开关闭合，将滑片p向上滑动一点，粒子将可能从下极板边缘射出 B．保持开关闭合，将滑片p向下滑动一点，粒子将可能从下极板边缘射出 C．保持开关闭合，将a极板向下移动一点，粒子将一定向下偏转 D．如果将开关断开，粒子将继续沿直线穿出 【答案】AB 【解析】开关K闭合，滑片未滑动时，带电粒子正好匀速穿过两板，电场力等于洛伦兹力，当滑片向上滑动时，两板电压减小，电场力减小，由于不知道带电粒子的电性，所以电场力方向可能向上也可能向下，带电粒子刚进入电场时洛伦兹力大小不变，与电场力方向相反，所以带电粒子可能向上也可能向下运动。当滑片向下滑动时，两板电压增大，电场力变大，由于不知道带电粒子的电性，所以带电粒子可能向上也可能向下运动。AB正确。保持开关

闭合，将a极板向下移动一点，两板间距离减小，电容C变大，电压不变，由UEd知场强变大，电场力变大，粒子将向电场力方向偏转，由于不知道带电粒子的电性，仍然是两种可能，C错。如果将开关断开，电容器放电，两板间电压消失，带电粒子将在洛伦兹力作用下运动，D错。故选AB。 类型二、质谱仪 例2、（2015 江苏卷）一台质谱仪的工作原理如图所示，电荷量均为+q、质量不同的离

子飘入电压为0U的加速电场，其初速度几乎为零，这些离子经过加速后通过狭缝O沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，最后打在底片上，已知放置底片区域已知

放置底片的区域MN =L，且OM =L。某次测量发现MN中左侧23区域MQ损坏，检测不到离 子，但右侧13区域QN仍能正常检测到离子. 在适当调节加速电压后，原本打在MQ的离子即可在QN检测到。

（1）求原本打在MN中点P的离子质量m； （2）为使原本打在P的离子能打在QN区域，求加速电压U的调节范围； （3）为了在QN区域将原本打在MQ区域的所有离子检测完整，求需要调节U的最少次数。（取lg20. 301,lg30. 477,lg50. 699）

【答案】（1）022329ULqBm （2）9168110000UUU （3）3次 【解析】（1）离子在电场中加速：2021mvqU 在磁场中做匀速圆周运动：rvmqvB2 解得：qmUBr021 代入Lr430，解得0

22

329ULqB

m

（2）由（1）知，202169UrUL， 离子打在Q点，轨迹半径56rL，010081UU， 离子打在N点，轨迹半径rL，0169UU， 则电压的范围为0010016819UUU. （3）由（1）知，rU

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高考物理带电粒子在复合场中的运动技巧(很有用)及练习题含解析

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一、带电粒子在复合场中的运动专项训练1．扭摆器是同步辐射装置中的插入件，能使粒子的运动轨迹发生扭摆．其简化模型如图：Ⅰ、Ⅱ两处的条形匀强磁场区边界竖直，相距为L ，磁场方向相反且垂直纸面．一质量为m ，电量为-q ，重力不计的粒子，从靠近平行板电容器MN 板处由静止释放，极板间电压为U ，粒子经电场加速后平行于纸面射入Ⅰ区，射入时速度与水平和方向夹角30θ=︒（1）当Ⅰ区宽度1L L =、磁感应强度大小10B B =时，粒子从Ⅰ区右边界射出时速度与水平方向夹角也为30︒，求B 0及粒子在Ⅰ区运动的时间t 0（2）若Ⅱ区宽度21L L L ==磁感应强度大小210B B B ==，求粒子在Ⅰ区的最高点与Ⅱ区的最低点之间的高度差h（3）若21L L L ==、10B B =，为使粒子能返回Ⅰ区，求B 2应满足的条件（4）若12B B ≠，12L L ≠，且已保证了粒子能从Ⅱ区右边界射出．为使粒子从Ⅱ区右边界射出的方向与从Ⅰ区左边界射出的方向总相同，求B 1、B 2、L 1、、L 2、之间应满足的关系式．【来源】2011年普通高等学校招生全国统一考试物理卷（山东) 【答案】（1）32lm t qU π=（2）2233h L ⎛⎫=- ⎪⎝⎭（3）232mU B L q >（或232mUB L q≥）（4）1122B L B L =【解析】图1（1）如图1所示，设粒子射入磁场Ⅰ区的速度为v ，在磁场Ⅰ区中做圆周运动的半径为1R ，由动能定理和牛顿第二定律得212qU mv =①211v qvB m R = ②由几何知识得12sin L R θ= ③联立①②③，带入数据得012mUB L q=④设粒子在磁场Ⅰ区中做圆周运动的周期为T ，运动的时间为t12R T v π= ⑤ 22t T θπ=⑥ 联立②④⑤⑥式，带入数据得32Lmt qUπ=⑦ （2）设粒子在磁场Ⅱ区做圆周运动的半径为2R ，有牛顿第二定律得222v qvB m R = ⑧由几何知识得()()121cos tan h R R L θθ=+-+ ⑨联立②③⑧⑨式，带入数据得2233h L ⎛⎫=- ⎪⎝⎭⑩图2（3）如图2所示，为时粒子能再次回到Ⅰ区，应满足()21sin R L θ+<[或()21sin R L θ+≤] ⑾联立①⑧⑾式，带入数据得232mU B L q >（或232mUB L q≥） ⑿图3图4（4）如图3（或图4）所示，设粒子射出磁场Ⅰ区时速度与水平方向得夹角为α，有几何知识得()11sin sin L R θα=+ ⒀ [或()11sin sin L R θα=-]()22sin sin L R θα=+ ⒁[或]()22sin sin L R θα=- 联立②⑧式得1122B R B R = ⒂联立⒀⒁⒂式得1122B L B L = ⒃【点睛】（1）加速电场中，由动能定理求出粒子获得的速度．画出轨迹，由几何知识求出半径，根据牛顿定律求出B 0．找出轨迹的圆心角，求出时间；（2）由几何知识求出高度差；（3）当粒子在区域Ⅱ中轨迹恰好与右侧边界相切时，粒子恰能返回Ⅰ区，由几何知识求出半径，由牛顿定律求出B 2满足的条件；（4）由几何知识分析L 1、L 2与半径的关系，再牛顿定律研究关系式．2．如图1所示，宽度为d 的竖直狭长区域内（边界为12L L 、），存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场（如图2所示），电场强度的大小为0E ，0E ＞表示电场方向竖直向上。

高三物理复习备考计划（五篇）

高三物理复习备考计划（五篇）

高三物理复习备考计划一、物理复习指导思想1、全面复习，打好基础，彻底扫除知识理解上的障碍，落实每一个知识点。

2、指导学生，学会复习，提高学生自己处理问题的能力。

3、强调创新，质疑并联系实际，强化实验。

在日常生活中多视角地观察、思考、理解生活、生产、科技和社会问题，学会物理知识的应用。

4、严格规范，认真审题，减少失分，学会考试，提供学习成绩。

二、学情分析1、课堂情况：由于是高三年级，即将面临着高考的选拔考试，学生对基础知识的求知欲望比较强烈。

所以课堂纪律比较好，都比较认真地听课，自觉地与老师互动，完成教学任务。

2、学习能力：大多数的学生对基本知识的掌握不够牢固，各章各节的知识点尚处于分立状态，不能很好地利用知识解决相应的基本问题，所以对知识的了解和掌握有待地提高。

3、解题技能：利用物理知识解决有关综合问题的能力很差，学生解决问题的技能还有待提高。

三、复习进度高三物理复习从今年的____月份开始到次年的____月份结束，共____个月多的复习时间，大概____周的时间，根据复习的指导思想已经学生的现状，特将高三物理复习分为三个阶段。

（1）第一轮复习第一轮复习称为基础复习阶段，计划从____月份开始到下年____月份结束。

在这个阶段，要全面阅读教材，查漏补缺，扫除理解上的障碍。

在这一基础之上，对各种知识进行梳理和归纳，使知识系统化。

这轮复习的主要对象就是基础知识，主要强调“全面”、“系统”两点。

学生复习中的障碍主要有：概念不清、公式不会运用、计算不准、原理模糊等等。

因此，不论平时多么熟悉课本，都不能省略复读课本这一环节，要逐章逐节、逐篇逐段，甚至逐字逐句地复习，做到毫无遗漏。

（1）全盘的通读有助于整体掌握知识，以前的知识往往是零碎的不成系统的。

（2）全盘的通读可以找出一些被忽视的环节或死角。

全盘通读，有助于深刻领会课本内容。

懂的东西未必理解得深刻，带着疑问去通读，理解会更深。

让学生切忌急躁、浮躁，要知道“万丈高楼平地起”，只有循序渐进、巩固基础，才能在高考中取得好成绩;只有这时候把边边沿沿、枝枝杈杈的地方都复习到，才能在今后节余出更多的时间去攻克一些综合性、高难度的题目。

高考复习(物理)专项练习：带电粒子在复合场中的运动【含答案及解析】

高考复习(物理)专项练习：带电粒子在复合场中的运动【含答案及解析】

专题分层突破练9带电粒子在复合场中的运动A组1.(2021湖南邵阳高三一模)如图所示,有一混合正离子束从静止通过同一加速电场后,进入相互正交的匀强电场和匀强磁场区域Ⅰ。

如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转,不计离子的重力,则说明这些正离子在区域Ⅰ中运动时一定相同的物理量是()A.动能B.质量C.电荷D.比荷2.(多选)(2021辽宁高三一模)劳伦斯和利文斯设计的回旋加速器如图所示,真空中的两个D形金属盒间留有平行的狭缝,粒子通过狭缝的时间可忽略。

匀强磁场与盒面垂直,加速器接在交流电源上,A处粒子源产生的质子可在盒间被正常加速。

下列说法正确的是()A.虽然逐渐被加速,质子每运动半周的时间不变B.只增大交流电压,质子在盒中运行总时间变短C.只增大磁感应强度,仍可能使质子被正常加速D.只增大交流电压,质子可获得更大的出口速度3.(2021四川成都高三二模)如图所示,在第一、第四象限的y≤0.8 m区域内存在沿y轴正方向的匀强电场,电场强度大小E=4×103 N/C;在第一象限的0.8 m<y≤1.0 m区域内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场。

一个质量m=1×10-10 kg、电荷量q=1×10-6 C的带正电粒子,以v0=6×103 m/s的速率从坐标原点O沿x轴正方向进入电场。

不计粒子的重力。

(1)求粒子第一次离开电场时的速度。

(2)为使粒子能再次进入电场,求磁感应强度B的最小值。

4.(2021河南高三二模)如图所示,在平面直角坐标系xOy内有一直角三角形,其顶点坐标分别为d),(d,0),三角形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,x轴下方有沿(0,0),(0,√33着y轴负方向的匀强电场,电场强度大小为E。

一质量为m、电荷量为-q的粒子从y轴上的某点M 由静止释放,粒子第一次进入磁场后恰好不能从直角三角形的斜边射出,不计粒子重力。

(1)求M点到O点的距离。

高考物理一轮复习课时规范练31 带电粒子在复合场中的运动(含答案)

高考物理一轮复习课时规范练31 带电粒子在复合场中的运动(含答案)

课时规范练31带电粒子在复合场中的运动基础对点练1.(感应加速器)(2022安徽宣城期末)无论周围空间是否存在闭合回路,变化的磁场都会在空间激发涡旋状的感应电场,电子感应加速器便应用了这个原理。

电子在环形真空室被加速的示意图如图所示,规定垂直于纸面向外的磁场方向为正,用电子枪将电子沿图示方向注入环形室。

它们在涡旋电场的作用下被加速。

同时在磁场内受到洛伦兹力的作用,沿圆形轨道运动。

下列变化规律的磁场能对注入的电子进行环向加速的是()2.(等离子体发电)下图为等离子体发电机的示意图。

高温燃烧室产生的大量的正、负离子被加速后垂直于磁场方向喷入发电通道的磁场中。

在发电通道中有两块相距为d的平行金属板,两金属板外接电阻R。

若磁场的磁感应强度为B,等离子体进入磁场时的速度为v,系统稳定时发电通道的电阻为r。

则下列表述正确的是()A.上金属板为发电机的负极,电路中电流为BdvRB.下金属板为发电机的正极,电路中电流为BdvR+rC.上金属板为发电机的正极,电路中电流为BdvR+rD.下金属板为发电机的负极,电路中电流为BdvR3.(电磁流量计)有一种污水流量计原理可以简化为如图所示模型:废液内含有大量正、负离子,从直径为d的圆柱形容器右侧流入,左侧流出。

流量值等于单位时间通过横截面的液体的体积。

空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场,下列说法正确的是()A.M点的电势高于N点的电势B.负离子所受洛伦兹力方向竖直向下C.MN两点间的电势差与废液的流量值成正比D.MN两点间的电势差与废液流速成反比4.(霍尔效应)右图为霍尔元件的工作原理示意图,导体的宽度为h、厚度为d,磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下,通入图示方向的电流I,CD两侧面会形成电势差U,其,式中比例常数k为霍尔系数,设载流子的大小与磁感应强度B和电流I的关系为U=k IBd电荷量的数值为q,下列说法正确的是()A.霍尔元件是一种重要的电传感器B.C端的电势一定比D端的电势高C.载流子所受静电力的大小F=q UdD.霍尔系数k=1,其中n为导体单位体积内的电荷数nq5.(回旋加速器)右图为一种改进后的回旋加速器示意图,其中盒缝间的加速电场的电场强度大小恒定,且被限制在AC板间,虚线中间不需加电场,如图所示,带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动,对这种改进后的回旋加速器,下列说法正确的是()A.加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关B.带电粒子每运动一周被加速一次C.带电粒子每运动一周P1P2等于P2P3D.加速电场方向需要做周期性的变化6.(多选)(组合场)如图所示,在第二象限内有水平向右的匀强电场,在第一、第四象限内分别存在如图所示的匀强磁场,磁感应强度大小相等。