高考物理二轮总复习精品课件 专题3 电场与磁场 第3讲 带电粒子在复合场中的运动.ppt

解析(1)小球在第二象限内做类平抛运动s=v0tat=v0tanθ由牛顿第二定律有qE=ma小球刚好不与C2板相碰时磁感应强度最小,设为B2,此时粒子的轨迹半径为R2,由几何关系有R2=d1专项模块?素养培优现代科技中的电磁场问题【主题概述】“现代科技中的电磁场问题”的知识主要包括:电磁炮、电流天平、超导电磁船、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。高考一般借此命题,一是通过构建组合场、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能力;二是能强化运动观念和相互作用观念,提升物理观念和科学思维。【典例分析】[典例]在芯片制造过程中,离子注入是其中一道重要的工序。离子注入工作原理示意图如图所示,离子经加速后沿水平方向进入速度选择器,然后通过磁分析器,选择出特定比荷的离子,经偏转系统后注入处在水平面内的晶圆(硅片)。速度选择器、磁分析器和偏转系统中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B,方向均垂直于纸面向外;速度选择器和偏转系统中的匀强电场的电场强度大小均为E,方向分别为竖直向上和垂直于纸面向外。磁分析器截面是内外半径分别为R1和R2的四分之一圆环,其两端中心位置M和N处各有一个小孔;偏转系统中电场和磁场的分布区域是同一边长为l的正方体,其底面与晶圆所在水平面平行,间距也为l。当偏转系统不加电场及磁场时,离子恰好竖直注入晶圆上的O点(即图中坐标原点,x轴垂直于纸面向外)。整个系统置于真空中,不计离子重力。打在晶圆上的离子,经过偏转系统中电场和磁场偏转的角度都很小。当α很小时,有sinα≈tanα≈α,cosα≈1-α2。求:(1)离子通过速度选择器后的速度大小v和磁分析器选择出来离子的比荷;(2)偏转系统仅加电场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示;(3)偏转系统仅加磁场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示;(4)偏转系统同时加上电场和磁场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示,并说明理由。【思维路径】审题:关键词句分析解读速度选择器、磁分析器和偏转系统中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B,方向均垂直于纸面向外磁感应强度均已知速度选择器和偏转系统中的匀强电场的电场强度大小均为E,方向分别为竖直向上和垂直于纸面向外电场强度均已知磁分析器截面是内外半径分别为R1和R2的四分之一圆环,其两端中心位置M和N处各有一个小孔磁分析器区域半径已知偏转系统中电场和磁场的分布区域是同一边长为l的正方体偏转系统区域大小已知离子恰好竖直注入晶圆上的O点粒子出射方向已知当α很小时,有sinα≈tanα≈α,cosα≈1-α2数学处理破题:按照粒子运动的先后顺序——速度选择器→磁分析器→偏转系统,根据粒子在不同场的运动特点,应用相应的物理规律分析求解。方法归纳解决实际问题的一般过程【类题演练】1.(多选)霍尔电流传感器可以测量从直流电流到几万赫兹的交变电流的大小,其工作原理图如图所示。导线L1穿过圆形磁环,匝数为n的线圈L2缠绕在圆形磁环上,L1上的被测电流I1产生的磁场B1集中在圆形磁环内,圆形磁环隙中的霍尔元件可产生和B1成正比的霍尔电压UMN,控制器把从M、N输入的霍尔电压转变成电流I2,该电流流过线圈L2,产生磁场B2,B2与B1方向相反,当B2稳定时,I1=nI2。下列说法正确的是()A.顺着电流I1的方向观察,磁场B1的方向沿逆时针方向B.电流I2从a点流入线圈L2C.若霍尔元件的载流子是电子,则其左侧电势低于右侧电势D.若当B2稳定时,电流I2变为原来的2倍,则表明被测电流I1变为原来的2倍答案BCD解析根据右手螺旋定则,顺着电流I1的方向观察,磁场B1的方向沿顺时针方向,选项A错误。由于B2与B1方向相反,根据右手螺旋定则可知电流I2从a点流入线圈L2,选项B正确。根据左手定则,若霍尔元件的载流子是电子,则电子往左侧聚集,其左侧电势低于右侧电势,选项C正确。由于I1=nI2,匝数n保持不变,若电流I2变为原来的2倍,被测电流I1变为原来的2倍,选项D正确。2.1931年,劳伦斯和他的学生利文斯顿研制了世界上第一台回旋加速器,如图甲所示,这个精致的加速器由两个D形空盒拼成,中间留一条缝隙,带电粒子在缝隙中被周期性变化的电场加速,在垂直于盒面的磁场作用下旋转,最后以很高的能量从盒边缘的出射窗打出,用来轰击靶原子。甲乙丙(1)劳伦斯的微型回旋加速器直径d=10cm,加速电压U=2kV,可加速氘核达到最大为Ekmax=80keV的能量,求:①氘核穿越两D形盒间缝隙的总次数;②氘核被第10次加速后在D形盒中环绕时的半径R。(2)自诞生以来