高考物理一轮复习 小专题6 带电粒子在复合场中运动的科技应用课件.ppt

小专题6 带电粒子在复合场中运动的科技应用 突破1 速度选择器 如图z6 1所示 图z6 1 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 所以叫做速度选择器 典题1 2017年福建厦门质检 速度选择器的原理图如图z6 2所示 已知电场强度为e 磁感应强度为b并相互垂直分布 某一带电粒子 重力不计 沿图中虚线水平通过 则该带电 粒子 a 一定带正电 b 速度大小为 eb c 可能沿qp方向运动 图z6 2 为qe 洛伦兹力大小f qvb qe 两个力平衡 速度v 故c错误 若速度v 则粒子受到的洛伦兹力大于电场力 解析 粒子从左射入 不论带正电还是负电 电场力大小 eb 粒子做匀速直线运动 故a错误 b正确 此粒子从右端沿虚线方向进入 电场力与洛伦兹力在同一方向 不能做直线运动 eb 使粒子偏转 只有当粒子带负电时粒子才向下偏转 故d错误 答案 b 考点突破1 如图z6 3所示 在平行线mn pq之间存在竖直向上的匀强电场和垂直于纸面的磁场 未画出 磁场的磁感应强度从左到右逐渐增大 一带电微粒进入该区域时 由于受到空气阻力作用 恰好能沿水平直线oo 通过该区域 带电微粒所受的重力忽略不计 运动过程带电量不变 下列判断正确 的是 a 微粒从左向右运动 磁场方向向里b 微粒从左向右运动 磁场方向向外 图z6 3 c 微粒从右向左运动 磁场方向向里d 微粒从右向左运动 磁场方向向外 解析 由微粒恰好能沿水平直线oo 通过该区域说明洛伦兹力qvb与电场力qe平衡 微粒受到空气阻力作用 速度 逐渐减小 沿运动方向磁场的磁感应强度必须逐渐增大 因此微粒从左向右运动 磁场方向向外 b正确 答案 b 突破2 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z6 4中的b是发电机正极 图z6 4 3 磁流体发电机两极板间的距离为l 等离子体速度为v 的最大电势差u blv 典题2 多选 2016年河北冀州中学高三检测 磁流体发电机可简化为如下模型 两块长 宽分别为a b的平行板 彼此相距l 板间通入已电离的速度为v的气流 两板间存在一磁感应强度大小为b的磁场 磁场方向与两板平行 并与气流垂直 如图z6 5所示 把两板与外电阻r连接起来 在磁场力作用下 气流中的正 负离子分别向两板移动形成电流 设该 气流的导电率 电阻率的倒数 为 则 图z6 5 解析 根据左手定则知正电荷向上偏 负电荷向下偏 下极板带负电 所以流过外电阻r的电流方向为m到n 最终电荷 答案 ac 考点突破2 多选 磁流体发电机的原理示意图如图z6 6所示 金属板m n正对着平行放置 且板面垂直于纸面 在两板之间接有电阻r 在极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场 当等离子束 分别带有等量正 负电荷的离子束 从左向右进入 极板时 下列说法正确的是 a n板的电势高于m板的电势b m板的电势高于n板的电势c r中有由b向a方向的电流 d r中有由a向b方向的电流 图z6 6 解析 根据左手定则可知正电荷向上极板偏转 负电荷向下极板偏转 则m板的电势高于n板的电势 选项a错误 b正确 m板相当于电源的正极 那么r中有由a向b方向的电流 选项c错误 d正确 答案 bd 突破3 电磁流量计 工作原理 如图z6 7所示 圆形导管的直径为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 图z6 7 典题3 为监测某化工厂的污水排放量 技术人员在该厂的排污管末端安装了如图z6 8所示的流量计 该装置由绝缘材料制成 长 宽 高分别为a b c 左右两端开口 在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为b的匀强磁场 在前 后两个内侧面分别固定有金属板作为电极 污水充满管口从左向右流经该装置时 电压表将显示两个电极间的电压u 若用q表示污水流量 单位时间内排出的污水体积 下列说法正确的是 图z6 8 a 若污水中正离子较多 则前表面比后表面电势高b 若污水中负离子较多 则前表面比后表面电势高c 污水中离子浓度越高 电压表的示数将越大d 污水流量q与u成正比 与a b无关 解析 无论污水中正离子多还是负离子多 由左手定则知转 电压表示数恒定 与污水中离子浓度无关 a b c错误 由q vbc可得q ucb q与u成正比 与a b无关 d正确 答案 d 考点突破3 多选 2017年江西上饶二模 为了测量某化工厂的污水排放量 技术人员在该厂的排污管末端安装了如图z6 9所示的流量计 该装置由绝缘材料制成 长 宽 高分别为a 1m b 0 2m c 0 2m 左 右两端开口 在垂直于前 后面的方向加磁感应强度为b 1 25t的匀强磁场 在上 下两个面的内侧固定有金属板m n作为电极 污水充满装置以某一速度从左向右匀速流经该装置时 测得两个电极间的电压u 1v 且污水流过该装置时受到阻力作用 阻力f klv 其中比例系数k 15n s m2 l为污水沿流速方向的长度 v为污水的流速 下列说法正确的是 图k6 9 a 金属板m电势不一定高于金属板n的电势 因为污水中 负离子较多 b 污水中离子浓度的高低对电压表的示数也有一定影响c 污水的流量 单位时间内流出的污水体积 q 0 16m3 sd 为使污水匀速通过该装置 左 右两侧管口应施加的压 强差为 p 1500pa 答案 cd 突破4 霍尔元件 在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体 当磁场方向与电流方向垂直时 导体在与磁场 电流方向都垂直的方向上出现了电势差 这个现象称为霍尔效应 所产生的电势差称为霍尔电势差 其原理如图z6 10所示 图z6 10 典题4 2017年江西南昌三校大联考 如图z6 11所示 厚度为h 宽度为d的金属导体 当磁场方向与电流方向垂直时 在导体上 下表面会产生电势差 这种现象称为霍尔效应 下列说法正确的是 a 上表面的电势高于下表面电势 b 仅增大h时 上 下表面的电势差增大 图z6 11 c 仅增大d时 上 下表面的电势差减小d 仅增大电流i时 上 下表面的电势差减小答案 c 正 正 考点突破4 如图z6 12所示 一段长方体形导电材料 左 右两端面的边长都为a和b 内有带电荷量为q的某种自由运动电荷 导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中 内部磁感应强度大小为b 当通以从左到右的稳恒电流i时 测得导电材料上 下表面之间的电压为u 且上表面的电势比下表面的低 由此可得该导电材料单位体积内自由运动电 荷数及自由运动电荷的正负分别为 图z6 12 a ib q au 负 b ib q au c ib q bu 负 ibd q bu 所以c项正确 a b d项错误 解析 建立霍尔效应模型 根据左手定则 不管正电荷还是负电荷均应该向上偏 由于上表面的电势比下表面的电势低 说明电荷电性为负 当导电材料上 下表面之间的电压为u时 表达式i nqvab 解得导电材料单位体积内自由运动的电荷数 n ib q bu 答案 c 突破5 质谱仪 1 构造 如图z6 13所示 由粒子源 加速电场 偏转磁场和照相底片等构成 图z6 13 典题5 多选 质谱仪的原理如图z6 14所示 从粒子源s出来时的粒子速度很小 可以看做初速度为零 粒子经过电场加速后进入有界的垂直于纸面向里的匀强磁场区域 并沿着半圆周运动而达到照相底片上的p点 测得p点到入口的距离为 x 则以下说法正确的是 图z6 14a 仅加速电压增大 其他量不变 则x增大b 仅匀强磁场增强 其他量不变 则x增大c 仅粒子的质量增大 其他量不变 则x增大d 仅粒子的电荷量增加 其他量不变 则x增大 答案 ac 考点突破5 如图z6 15所示 左半部分为速度选择器 右半部分为匀强偏转电场 一束同位素离子流从狭缝s1射入速度选择器 能够沿直线通过速度选择器并从狭缝s2射出的离子 又沿着与电场垂直的方向 立即进入电场强度大小为e的偏转电场 最后打在照相底片d上 已知同位素离子的电荷量为q q 0 速度选择器内部存在着相互垂直的电场强度大小为e0的匀强电场和磁感应强度大小为b0的匀强磁场 照相底片d与狭缝s1 s2的连线平行且距离为l 忽略重力的影响 1 求从狭缝s2射出的离子速度v0的大小 2 若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度v0方向飞行的距离为x 求x与离子质量m之间的关系式 用e0 b0 e q m l表示 图z6 15 突破6 回旋加速器 1 构造 如图z6 16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 图z6 16 子经电场加速 经磁场回旋 由qvb 2 原理 交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等 粒 mv2r 得ekm q2b2r22m 可 见粒子获得的最大动能由磁感应强度b和 d 形盒的半径r决定 与加速电压无关 典题6 2017年四川绵阳高三月考 如图z6 17所示 回旋加速器的核心部分是真空室中的两个相距很近的 d 形金属盒 把它们放在匀强磁场中 磁场方向垂直于盒面向下 连接好高频交流电源后 两盒间的窄缝中能形成匀强电场 带电粒子在磁场中做圆周运动 每次通过两盒间的窄缝时都能被加速 直到达到最大圆周半径时通过特殊装置引出 如果用同一回旋加 流电源的周期和引出时的最大动能 下列说法正确的是 a 加速氚核的交流电源的周期较大 氚核获得的最大动能较大b 加速氚核的交流电源的周期较小 氚核获得的最大动能较大c 加速氚核的交流电源的周期较大 氚核获得的最大动能较小d 加速氚核的交流电源的周期较小 氚 核获得的最大动能较小 图z6 17 答案 c 考点突破6 多选 回旋加速器的工作原理图如图z6 18甲所示 d1和d2是两个中空的半圆形金属盒 它们之间有一定的电势差 a处的粒子源产生的带电粒子 在两盒之间被电场加速 两半圆形金属盒处于与盒面垂直的匀强磁场中 所以粒子在半圆形金属盒中做匀速圆周运动 若带电粒子在磁场中运动的动能ek随时间t的变化规律如图乙所示 不计带电粒子在电场中的加速时间 不考虑由相对论效应带来的影响 下列判断 正确的是 甲 乙 a 在ek t图中应该有tn 1 tn