高考物理电磁学综合2

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1、电磁学综合题型一电场和磁场“拼接起来”对带电粒子作用（质谱仪、显像管、环形加速器、回旋加速器）[例1]如图1所示是测量带电粒子质量的仪器——质谱仪的工作原理示意图。设法使某有机化合物的气态分子导入图1中所示的容器A中，使它受到电子束轰击，失去一个电子成为正一价的离子。离子从狭缝S1以很小的速度（即初速度不计）进入电压为U的加速电场区加速后，再通过狭缝S2、S3射入磁感应强度为B的匀强磁场（方向垂直于磁场区的界面PQ）中。最后，离子打到感光片上，形成垂直于纸面且平行于狭缝S3的细线。若测得细线到狭缝S3的距离为d。请导出离子的质量m的表达式。［解析］若以m、q表示离子的质量和电

2、量，用v表示离子从狭缝S2射出时的速度，粒子在加速电场中，由动能定理得(1)射入磁场后，在洛伦兹力作用下离子做匀速圆周运动，由牛顿定律可得(2)式中R为圆的半径。感光片上细黑线到S3缝的距离为：d=2R(3)联立(1)~(3)式，解得［变式训练1］显像管的简要工作原理是阴极K发射的电子束经高压加速电场（电压为U）加速后，进入放置在其颈部的偏转线圈形成的偏转磁场中偏转，偏转后的电子轰击荧光屏，荧光粉受激发而发光，图2—a为电视机显像管原理简图。某同学家中电视机画面的幅度偏小，维修店的技术人员检查后诊断为显像管或偏转线圈出了故障（显像管的偏转线圈如图2—b所示），试分析引起故障的

3、原因可能是（）A、电子枪发射的电子数减少。B、加速电场的电压过高，电子速度偏大。C、偏转线圈的电流过小，偏转磁场减弱。D、偏转线圈匝间短路，线圈匝数减少。［变式训练2］如图4(a)所示为一种获得高能粒子的装置——环形加速器，环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调节的均匀磁场。质量为m、电量为+q的粒子在环中做半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的极板，原来电势都为零，每当粒子飞经A板时，A板电势升高为+U，B板电势仍保持为零，粒子在两极板间的电场中得到加速。每当粒子离开时，A板电势又降为零，粒子在电场一次次加速下动能不断增大，而绕行半径不变。⑴设t=0时，粒子静止在A板

4、小孔处，在电场作用下加速，并开始绕行第一圈，求粒子绕行n圈回到A板时获得的总动能En。⑵为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动，磁场必须周期性递增，求粒子绕行第n圈时的磁感应强度Bn。⑶求粒子绕行n圈所需的总时间tn（设极板间距远小于R）。⑷在图4(b)中画出A板电势u与时间t的关系（从t=0起画到粒子第四次离开B板）。⑸在粒子绕行的整个过程中A板电势是否可始终保持+U？为什么？3、已知回旋加速器的D型盒半径为R=60cm。两盒间距1cm，用它加速质子时可使质子获得4MeV的能量，加速电压为U=2×104V。求（1）该加速器中偏转磁场的磁感应强度；（2）质子在D型盒中运动的

5、时间t；（3）整个过程中，质子在运动的总时间。题型二电场和磁场“重叠起来”对带电粒子的作用（速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、电磁泵、霍尔元件）[例2]在图8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。具有某一水平速度V的带电粒子，将沿着图中所示的虚线穿过两板间的空间而不发生偏转，具有其他速度的带电粒子将发生偏转。这种器件能把具有上述速度V的带电粒子选择出来，所以叫速度选择器。如果已知粒子A（重力不计）的质量为m、带电量为+q，两极板间距为d，磁场的磁感应强度为B。（1）试证明带电粒子具有速度时，才能沿着图示的虚线路径通过。（2）若粒子A从图8的右端两极板中央以

6、-V入射，还能直线从左端穿出吗？为什么？若不穿出而打在极板上，则到达极板时的速度是多少？（3）若粒子A的反粒子（-q，m）从图8的左端以V入射，还能直线从右端穿出吗？（4）将磁感应强度增大到某值，粒子A将落到极板上，粒子落到极板时的动能为多少？［解析］⑴带电粒子A进入场区后，受到库仑力F1=qE和洛伦兹力F2=qVB的作用，如果带电粒子穿过两板间做匀速直线运动不发生偏转，应有F1=F2，即qE=qVB。所以。（2）粒子A在选择器的右端入射，电场力与洛伦兹力同方向，因此不可能直线从左端穿出，一定偏向极板。若粒子打在极板上，由动能定理得又E=BV，所以。（3）仍能直线从右端穿出，

7、有（1）可知，选择器（B，E）给定时，与粒子的电性、电量无关，只与速度有关。（4）增大磁感应强度B为后，有F2>F1，即qvB>qE，因此粒子A将偏向下极板，最终落到下极板。由动能定理得[变式训练3]目前世界上正在研究的一种新型发电机叫做磁流体发电机。这种发电机可以直接把内能转化为电能，它的发电原理是：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性）喷射入磁场，磁场中A、B金属板上会聚集电荷，产生电压，设A、B两平行金属板的面积为S，彼此相距L，等离子体气体的电导率