高考物理二轮总复习精品课件 第一编 核心专题突破 专题3 电场与磁场 第三讲带电粒子在复合场中的运动 (7).ppt

3突破热考命题新教材、新高考、新情境:现代科技中的电、磁场问题情境解读“现代科技中的电、磁场问题”的知识主要包括:回旋加速器、质谱仪、速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计和霍尔元件等。解决此类问题的基本思路如下:考向分析高考常以现代科技中的电、磁场问题为背景进行命题,试题常以选择题或计算题形式出现,难度中等。通过建构组合场、叠加场模型,运用电场、磁场及力学规律来分析问题,可以很好地考查考生的关键能力,还能强化运动观念和相互作用观念,考查物理观念和科学思维等学科素养。案例探究例题(2023江苏联考)质谱仪的原理如图甲所示,电荷量为+q、质量为m的粒子从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场,其初速度几乎为零。经过小孔S3沿着垂直磁场的方向进入一上边界为MN的匀强磁场中,最后打在照相底片D上。匀强磁场磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里。粒子在离开小孔S3进入磁场时与竖直方向最大张角为θ,如图乙所示,在纸面这个范围内各个方向的粒子数均匀分布。不计粒子重力及粒子间的相互作用。(1)求粒子垂直打在照相底片D上的位置到S3的距离L1;(2)求粒子离开磁场时的位置所分布区域的长度L2及粒子在磁场中运动的最长时间与最短时间差Δt;(3)某次测量发现底片上能正常检测到粒子的长度为,为了单位时间内在底片上检测到粒子的数目最多,应将底片放在磁场边界上什么位置?并求接收的粒子数占发射总粒子数的最大百分比η。(设粒子离开磁场时离S3最远的位置为P点,若cosα=x,则α可表示为α=arccosx)(2)粒子沿优弧、劣弧运动,在磁场边界的弦长为L=2rcosθ则粒子离开时在磁场边界上的区域长度为(3)设离子在磁场中偏转半径为r,与竖直方向成θ角进入磁场离子的出射点到S3的距离为x,根据几何关系可知x=2rcosθ利用微元的思想可知Δx=-2rsinθ·Δθ两个粒子出射时夹角Δθ相同的情况下,θ越小,Δx越小,接收器单位时间接收的离子数最多时应对应θ=0入射离子的出射点P,故应放在远端的P左侧。角度拓展(2023山西二模)电动自行车是一种常用的交通工具,通过转动转把来改变车速。开启电源后,在霍尔元件的上、下面之间通过恒定电流。如图甲所示,转动转把,使内部的永久磁铁靠近或远离霍尔元件,改变穿过霍尔元件的磁场强弱,使其能输出控制车速的霍尔电压。霍尔电压越大,车速越大。如图乙所示,已知永久磁铁左边是N极、右边是S极,霍尔元件的载流子是电子。下列判断正确的是()甲乙A.若顺时针转动手柄使永久磁铁靠近霍尔元件时,则输出的霍尔电压变小B.若逆时针转动手柄使永久磁铁远离霍尔元件时,则车速将变快C.若霍尔元件中通有从上向下的电流时,则前表面电势高D.若霍尔元件中通有从上向下的电流时,则左侧电势高答案C解析当按顺时针转动把手时,导致霍尔元件周围的磁场增加,那么霍尔元件输出控制车速的电压增大,故A错误;逆时针转动手柄使永久磁铁远离霍尔元件时,导致霍尔元件周围的磁场减弱,那么霍尔元件输出控制车速的电压减小,车速变慢,故B错误;若霍尔元件中通有从上向下的电流时,根据左手定则可知,带负电的电子向后表面移动,则前表面电势高,故C正确,D错误。大题突破(三):带电粒子在复合场中的运动典例示范(14分)某型号质谱仪的工作原理如图甲所示。M、N为竖直放置的两金属板,两板间电压为U,Q板为记录板,分界面P将N、Q间区域分为宽度均为d的Ⅰ、Ⅱ两部分,M、N、P、Q所在平面相互平行,a、b为M、N上两正对的小孔。以a、b所在直线为z轴,向右为正方向,取z轴与Q板的交点O为坐标原点,以平行于Q板水平向里为x轴正方向,竖直向上为y轴正方向,建立空间直角坐标系Oxyz。区域Ⅰ、Ⅱ内分别充满沿x轴正方向的匀强磁场和匀强电场,磁感应强度大小、电场强度大小分别为B和E。一质量为m、电荷量为+q的粒子,从a孔飘入电场(初速度视为零),经b孔进入磁场,过P面上的c点(图中未画出)进入电场,最终打到记录板Q上。不计粒子重力。(1)求粒子在磁场中做圆周运动的半径R以及c点到z轴的距离l。(2)求粒子打到记录板上位置的x坐标。(3)求粒子打到记录板上位置的y坐标(用R、d表示)。解析(1)设粒子经加速电场到b孔的速度大小为v,粒子在区域Ⅰ中做匀速圆周运动,对应圆心角为α,在M、N两金属板间,由动能定理得(2)设区域Ⅱ中粒子沿z轴方向的分速度为vz,沿x轴正方向加速度大小为a,位移大小为x,运动时间为t,由牛顿第二定律得qE=ma⑥(1分)粒子在z轴方向做匀速直线运动,由运动合成与分解的规律得(3)设粒子沿y方向偏离z轴的距离为y,其中在区域Ⅱ中沿y方向偏离的距离为y,由运动学公式得y=vtsinα⑩