步步高2015高三物理（新课标）一轮讲义 专题08电学设计性实验

步步高2015高三物理（新课标）一轮讲义 专题08电学设计性实验内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 带电粒子在复合场中的运动考纲解读 流体发电机、质谱仪、加场中的运动问题1带电粒子在复合场中的直线运动如图 1 所示，在同时存在匀强电场和匀强磁场的空间中取正交坐标系 质量为 m、电荷量为 q 的带正电粒子(重力不可忽略) 从原点O 以速度 v 沿 x 轴正方向出发，下列说法错误的是( )图 1A若电场、磁场分别沿 z 轴正方向和 x 轴正方向，粒子只能做曲线运动B若电场、磁场均沿 z 轴正方向，粒子有可能做匀速圆周运动C若电场、磁场分别沿 z 轴负方向和 y 轴负方向，粒子有可能做匀速直线运动D若电场、磁场分别沿 y 轴负方向和 z 轴正方向，粒子有可能 2、做平抛运动答案场沿 x 轴正方向，则与粒子运动的速度 子不受洛伦兹力的作用，只受到竖直向下的重力和竖直向上的电场力作用，若重力和电场力大小相等，粒子将做匀速直线运动，所以 A 错误；磁场竖直向上，根据左手定则，洛伦兹力沿 电场力和重力大小相等，洛伦兹力提供向心力，则粒子可能在 面内做匀速圆周运动，B 正确；粒子受到竖直向下的电场力，竖直向上的洛伦兹力和竖直向下的重力，若重力和电场力的合力与洛伦兹力的大小相等，则粒子所受合力为零，粒子将做匀速直线运动，C 正确；粒子受到沿 y 轴负方向的电场力，沿 y 轴正方向的洛伦兹力和竖直向下的重力，若洛伦兹力与电场力的大小相等，则粒子的合力等于竖直方向的重 3、力，粒子将做平抛运动，D 正确光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 带电粒子在复合场中的匀速圆周运动如图 2 所示，一带电小球在一正交电场、磁场区域里做匀速圆周运动，电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里，则下列说法正确的是()图 2A小球一定带正电B小球一定带负电C小球的绕行方向为顺时针方向D改变小球的速度大小，小球将不做圆周运动答案球做匀速圆周运动，重力必与电场力平衡，则电场力方向竖直向上，结合电场方向可知小球一定带负电，A 错误，B 正确；洛伦兹力充当向心力，由曲线运动轨迹的弯曲方向结合左手定则可得绕行方向为顺时针方向，C 正确，D 错误3质谱仪的工作原理如图 3 所示是质谱仪的工作原 4、理示意图带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为 上有可让粒子通过的狭缝 P 和记录粒子位置的胶片 下方有磁感应强度为 匀强磁场下列表述正确的是()图 3A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝 P 的带电粒子的速率等于 E/子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P，粒子的比荷越小答案电粒子在题图中的加速电场中加速，说明粒子带正电，其通过速度选择器时，电场力与洛伦兹力平衡，则洛伦兹力方向应水平向左，由左手定则知，磁场的方向应垂直纸面向外，选项 B 正确；由 q vE/B，选项 C 正确；粒子打在胶片光世昌老师高中 5、物理精品资源免费下载地址 ，可见 D 越小，则粒子2 不同，则粒子的比荷不同，因此利用该装置可以分析同位素，A 正确，D 错误4回旋加速器的工作原理劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图 4 所示置于高真空中的 D 形金属盒半径为 R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为 f， 处粒子源产生的质子质量为 m、电荷量为q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响则下列说法正确的是()图 4A质子被加速后的最大速度不可能超过 2子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压 U 成正比C质子第 2 次和第 1 次经 6、过两 D 形盒间狭缝后轨道半径之比为 12D不改变磁感应强度 B 和交流电频率 f，该回旋加速器的最大动能不变答案子被加速后的最大速度受到 D 形盒半径 R 的制约，因 v 2 子离开回旋加速器的最大动能 m42m 2加速电12 12压 U 无关，B 错误；根据 R ， 2得质子第 2 次和第 1 次2 21 12 2经过两 D 形盒间狭缝后轨道半径之比为 1，C 正确；因回旋加速器的最大动能22m、R、f 均有关，D 错误一、复合场的分类1叠加场：电场、磁场、重力场共存，或其中某两场共存光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，或相邻或在同一区域 7、电场、磁场交替出现二、带电粒子在复合场中的运动形式1静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或做匀速直线运动2匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小相等，方向相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动3较复杂的曲线运动当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线三、应用图 51质谱仪(1)构造：如图 5 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， m r ， m ， 旋加速器(1)构造：如图 8、6 所示，D 1、 半圆形金属盒，D 形盒的缝隙处接交流电源，D 形盒处于匀强磁场中图 6光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由 ，得 ，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度 B 和 r 决定，与加速电压无关3速度选择器(如图 7 所示)(1)平行板中电场强度 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图 7(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是 qE v 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 8 中 9、的 B 是发电机正极图 8(3)磁流体发电机两极板间的距离为 L，等离子体速度为 v，磁场的磁感应强度为 B，则由 qEq 两极板间能达到的最大电势差 U 磁流量计工作原理：如图 9 所示，圆形导管直径为 d，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子) ，在洛伦兹力的作用下横向偏转， a、成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b 间的电势差就保持稳定，即：qEq ，所以 v ，因此液体流量 Q 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 回旋加速器和质谱仪1回旋加速器的最大动能 ，与回旋加速器 D 形盒的半径 R 有关，与磁感应 有关，而与加速电压无 10、关2粒子在磁场中运动的周期与交变电流的周期相同例 1回旋加速器是用来加速带电粒子，使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个 盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝都得到加速，两盒放在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子带电荷量为 q，质量为 m，粒子最大回旋半径为 运动轨迹如图 10 所示问：图 10(1)D 形盒内有无电场。 (2)粒子在盒内做何种运动。 (3)所加交流电压频率应是多大，粒子运动的角速度为多大。 (4)粒子离开加速器时速度为多大。 最大动能为多少。 (5)设两 D 形盒间电场的电势差 11、为 U，盒间距离为 d，其间电场均匀，求把静止粒子加速到上述能量所需时间解析(1)扁形盒由金属导体制成，具有屏蔽外电场的作用，盒内无电场(2)带电粒子在盒内做匀速圆周运动，每次加速之后半径变大(3)粒子在电场中运动时间极短，因此高频交流电压频率要等于粒子回旋频率，因为T ，故得2f ，1T 2f (4)粒子圆旋半径最大时，由牛顿第二定律得， m )粒子每旋转一周能量增加 旋转周数 n t 磁 t 磁 可视为总时间答案(1)D 形盒内无电场 (2)匀速圆周运动(3) (4) (5)如图 11 所示，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场(磁感应强度为 B)和匀强电场 (电场强度 12、为 E)组成的速度选择器，然后粒子通过平板S 上的狭缝 P 进入另一匀强磁场(磁感应强度为 B) ，最终打在 ，下列表述正确的是()图 11A粒子带负电B所有打在 的粒子，在磁感应强度为 B的磁场中的运动时间都相同C能通过狭缝 P 的带电粒子的速率等于子打在 位置越靠近 P，粒子的比荷 越大题考查带电粒子在复合场中的运动，意在考查学生对带电粒子在复合场中运动规律的掌握根据粒子在磁感应强度为 B的磁场中的运动轨迹可判断粒子带正电，光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ；带电粒子在速度选择器中做匀速直线运动，则电场力与洛伦兹力等大反向，得 v ，C 正确；由洛伦兹力充当粒子做圆周运动的向心力可得，则 ，越靠近 P，r 越小，粒子的比荷越大，D 正确；所有打在 qm 的磁场中都只运动半个周期，周期 T ，比荷不同，打21的磁场中的运动时间不同，B 错误考点二带电粒子在叠加场中的运动1。