第3节 带电粒子在复合场中的运动
知识点一| 带电粒子在复合场中的应用实例
1．质谱仪
(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构成。
1
(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，有qU＝mv2。
2v2
粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝mr。 1
由以上两式可得r＝B2．回旋加速器
(1)构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中。
2mUqr2B2q2U
， m＝， qm＝B2r2。 2U
(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qvBmv2q2B2r2
＝r，得Ekm＝，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，与加速电
2m压无关。
3．速度选择器
(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，
所以叫作速度选择器(如图所示)。
E
(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE＝qvB，即v＝B。 4．磁流体发电机
(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，图中的B是发电机正极。
(3)磁流体发电机两极板间的距离为L，等离子体速度为v，U
度为B，则由qE＝qL＝qvB得两极板间能达到的最大电势差U
5．电磁流量计
工作原理：如图所示，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、b间出现电势差，形成电场，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UUπd2U＝qE＝qd，所以v＝Bd，因此液体流量Q＝Sv＝·＝4Bd
6．霍尔元件
如图所示，高度为h、厚度为d的导体板放在垂度为B的匀强磁场中。当电流通过导体板时，在导体侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U＝系数RH称为霍尔系数。
由受力平衡可得 qvB＝qE，得E＝Bv 电势差U＝Eh＝Bhv 又I＝nqSv
I
导体的横截面积S＝hd，得v＝nqhd
BIBI1
所以U＝Bhv＝nqd＝RHd，其中RH＝nq，即霍尔系数。
磁场的磁感应强＝BLv。
保持稳定，即：qvBπdU
。 4B
直于它且磁感应强板的上侧面A和下应。实验表明，当磁IB
RHd，式中的比例
考法1 质谱仪
1.(2016·全国卷Ⅰ)现代质谱仪可用来分析比质子重很图如图所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比约
A．11 B．12 C．121 D．144
mv1
D [带电粒子在加速电场中运动时，有qU＝mv2，在磁场中偏转时，其半径r＝qB，由以上两21
式整理得：r＝B得：
2mU
q。由于质子与一价正离子的电荷量相同，B1∶B2＝1∶12，当半径相等时，解
多倍的离子，其示意始被加速电场加速，入口处从静止开始出口离开磁场，需将为( )
m2＝144，选项D正确。] m1
考法2 回旋加速器
2．(多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则是( )
A．增大匀强电场间的加速电压 B．增大磁场的磁感应强度 C．减小狭缝间的距离 D．增大D形金属盒的半径
部分是分别与高频的周期性变化的电于垂直于盒底的匀下列说法中正确的
BD [回旋加速器利用电场加速和磁场偏转来加速粒子，粒子射出时的轨道半径恰好等于D形mv2qBR12q2B2R2
盒的半径，根据qvB＝R可得，v＝m，因此离开回旋加速器时的动能Ek＝mv＝可知，
22m与加速电压无关，与狭缝距离无关，A、C错误；磁感应强度越大，D形盒的半径越大，动能越大，B、D正确。]
考法3 速度选择器
3．在如图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。一带电粒子(重力不计)从左端以速度v沿虚线射入后做直线运动，则该粒子( )
2020版新一线高考物理(人教版)一轮复习教学案：第9章 第3节 带电粒子在复合场中的运动 含答案
