人教版高考物理一轮总复习精品课件 第十章 磁场 专题5 带电粒子在复合场中的运动.ppt

小球刚好不与C2板相碰时磁感应强度最小,设为B2,此时小球的轨迹半径为R2,由几何关系有R2=d1=L由以上分析可知小球在磁场中运动的轨迹如图(b)所示,一个磁场周期内小球在x轴方向的位移为x=3R3L-3R3=R3即小球刚好垂直y轴方向离开磁场(b)考点四现代科技中的电磁场问题[名师破题]除了前面讲到的质谱仪和回旋加速器外,常见的涉及复合场的科学仪器还有以下几种:带电粒子在复合场中运动的常见实例【典例突破】典例4.(2021浙江1月选考)在芯片制造过程中,离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是离子注入工作原理示意图,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,方向均垂直纸面向外;速度选择器和偏转系统中的匀强电场场强大小均为E,方向分别为竖直向上和垂直纸面向外。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,其速度选择器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,离子恰好竖直注入到晶圆上的O点(即图中坐标原点,x轴垂直纸面向外)。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。审题指导关键词句获取信息速度选择器、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场强大小均为E,方向分别为竖直向上和垂直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速度选择器底面与晶圆所在水平面平行,间距也为L速度选择器情况已知离子恰好竖直注入到晶圆上的O点粒子出射方向已知当α很小时,有sinα≈tanα≈α,cosα≈1-α2数学处理思路突破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。答案见解析(3)偏转系统仅加磁场时,离子通过偏转系统注入晶圆的运动轨迹如图所示考题点睛考点考向点睛现代科技中的电磁场问题方法:审题获取信息,弄清科技仪器的物理原理,分析判断属于电场问题还是磁场问题,对应什么物理模型,根据相应物理模型解决问题易错:注意分段处理,灵活应用物理公式或数学关系【对点演练】8.(2021山东泰安模拟)某电气设备和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件,电气设备正常工作;当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件,屏幕熄灭,电气设备进入休眠状态。如图所示,一块宽为a、厚为b、长为c的矩形半导体霍尔元件,元件内的导电粒子是电荷量为q的自由电荷,单位体积内自由电荷的个数为n,通入方向向右的电流I。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中,磁感应强度为B。于是元件的前、后表面间出现电压U,以此控制屏幕的熄灭。则元件的()A.前、后表面的电势的高、低与q的正负无关B.前、后表面间的电压U与c有关答案C解析若粒子带负电,则电荷定向移动的方向水平向左,则由左手定则可知,电荷所受的洛伦兹力指向后表面,因此后表面积累的电荷逐渐增多,前表面的电势比后表面的电势高,若为正电荷,则刚好相反,故A错误;当电荷所受的电场力与洛伦兹力平衡时,电荷不再发生偏转,此时前、后表面间的电压达到稳定,对稳定状态下的电荷有qE=qBv,又因为,显然前、后表面间的电压U与电荷的定向移动速度v成正比,与元件的宽度α成正比,与长度c9.(2021河北卷)如图,距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场,磁感应强度大小为B1,一束速度大小为v的等离子体垂直于磁场喷入板间,相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中,磁感应强度大小为B2,导轨平面与水平面夹角为θ,两导轨分别与P、Q相连,质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直导轨放置,恰好静止,重力加