高考物理第九章第4节带电粒子在叠加场中的运动学案

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1、第4节　带电粒子在叠加场中的运动高考对本节内容的考查，主要集中在带电粒子在叠加场中运动的实例分析、带电粒子在叠加场中的运动，其中对带电粒子在叠加场中运动的实例分析的考查，主要以选择题的形式呈现，难度一般，而对带电粒子在叠加场中的运动的考查，难度较大。考点一　带电粒子在叠加场中运动的实例分析[多维探究类]装置原理图规律速度选择器若qv0B＝Eq，即v0＝，粒子做匀速直线运动磁流体发电机等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电，两极电压为U时稳定，q＝qv0B，U＝v0Bd电磁流量计q＝qvB，所以v＝所以流量Q＝vS＝霍尔元件当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与

2、磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差实例(一)　速度选择器[例1]　(2018·北京高考)某空间存在匀强磁场和匀强电场。一个带电粒子(不计重力)以一定初速度射入该空间后，做匀速直线运动；若仅撤除电场，则该粒子做匀速圆周运动。下列因素与完成上述两类运动无关的是(　　)A．磁场和电场的方向　　B．磁场和电场的强弱C．粒子的电性和电量D．粒子入射时的速度[解析]　这是“速度选择器”模型，带电粒子在匀强磁场和匀强电场的叠加区域内做匀速直线运动，则粒子受到的洛伦兹力与电场力平衡，大小满足qvB＝qE，故v＝，即磁场和电场的强弱决定粒子入射时的速度大小；洛伦兹力与电场力的方向一

3、定相反，结合左手定则可知，磁场和电场的方向一定互相垂直，粒子入射时的速度方向同时垂直于磁场和电场，且不论粒子带正电还是带负电，入射时的速度方向相同，而不是电性相反时速度方向也要相反。总之粒子是否在“速度选择器”中做匀速直线运动，与粒子的电性、电量均无关，而是取决于磁场和电场的方向、强弱，以及粒子入射时的速度。撤除电场时，粒子速度方向仍与磁场垂直，满足做匀速圆周运动的条件。[答案]　C实例(二)　磁流体发电机[例2]　(多选)磁流体发电是一项新兴技术。如图所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场，图中虚线框部分

4、相当于发电机，把两个极板与用电器相连，则(　　)A．用电器中的电流方向从B到AB．用电器中的电流方向从A到BC．若只增大带电粒子电荷量，发电机的电动势增大D．若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大[解析]　首先对等离子体进行动态分析：开始时由左手定则判断正离子所受洛伦兹力方向向上(负离子所受洛伦兹力方向向下)，则正离子向上板聚集，负离子向下板聚集，两板间产生了电势差，即金属板变为一电源，且上板为正极下板为负极，所以通过用电器的电流方向从A到B，选项A错误，选项B正确；此后的正离子除受到向上的洛伦兹力f外还受到向下的电场力F，最终两力达到平衡，即最终等离子体将匀速通

5、过磁场区域，因f＝qvB，F＝q，则：qvB＝q，解得E电动势＝Bdv，所以电动势与速度v及磁场B成正比，与带电粒子的电荷量无关，选项C错误，选项D正确。[答案]　BD实例(三)　电磁流量计[例3]　医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。由于血液中的正负离子随血液一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力

6、的合力为零。在某次监测中，两触点间的距离为3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160μV，磁感应强度的大小为0.040T。则血流速度的近似值和电极a、b的正负为(　　)A．1.3m/s，a正、b负　　B．2.7m/s，a正、b负C．1.3m/s，a负、b正D．2.7m/s，a负、b正[解析]　由于正、负离子在匀强磁场中垂直于磁场方向运动，利用左手定则可以判断电极a带正电，电极b带负电。血液流动速度可根据离子所受的电场力和洛伦兹力的合力为0求解，即qvB＝qE得v＝＝≈1.3m/s，A正确。[答案]　A实例(四)　霍尔元件[例4]　(多选)自行车速度计利用

7、霍尔效应传感器获知自行车的运动速率。如图甲所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器会输出一个脉冲电压。图乙为霍尔元件的工作原理图。当磁场靠近霍尔元件时，导体内定向运动的自由电荷在磁场力作用下偏转，最终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，即为霍尔电势差。下列说法正确的是(　　)A．根据单位时间内的脉冲数和自行车车轮的半径即可获知车速大小B．自行车的车速越大，霍尔电势差越高C．图乙中霍尔元件的电流I是由正电荷定向运动形成的D．如果长时间不更换传感器的电源，霍尔电势差将减小[解析]　根据单位时间内的脉冲数