高考物理二轮复习 复合磁场中物理模型 ppt.ppt

复合场中的物理模型专题练习 例1 在图11 6 1中所示的质谱仪中 速度选择器部分的匀强电场场强e 1 2 105v m 匀强磁场的磁感应强度为b 0 6t 偏转分离器的磁感应强度为b 0 8t 求 1 能通过速度选择器的粒子速度多大 2 质子和氘核进入偏转分离器后打在照相底片上的距离d为多少 质子质量为m 图11 6 1 解析 粒子通过速度选择器时 所受电场力和磁场力方向相反 大小相等 粒子可匀速穿过速度选择器 由于质子和氘核以相同速度进入磁场后 做圆周运动的半径不同 打在以不同的条纹上 本质上来讲 也就是带电粒子在复合场中的运动 该类问题的关键是连接点的速度 1 能通过速度选择器的离子所受电场力和洛伦兹力相等且反向 即ebv eev e b 2 5m s 2 粒子进入磁场b 后做圆周运动 洛伦兹力提供向心力 eb v mv2 rr mv b e设质子质量为m 则氘核质量为2m质子d 5 m e氘核d 1 106m e 例2 图11 6 2所示为磁流体发电机的示意图 将气体加热到很高的温度 使它成为等离子体 含有大量正 负离子 让它以速度v通过磁感应强度为b的匀强磁场区 这里有间距为d的电极a和b 1 说明磁流体发电机的原理 2 哪个电极为正极 3 计算电极间的电势差 4 发电通道两端的压强差 解析 1 带电粒子进入磁场场后受到洛伦兹力的作用而向两个极板运动 在两个极板上积累的电荷越来越多 从而在两个极板间产生竖直方向的电场 且越来越强 最终后来的带电粒子受电场力和磁场力平衡后 沿直线匀速通过叠加场 而在两个极板间产生了持续的电势差 2 b板为电源正极 3 根据平衡时有库电场力 洛伦兹力 即eq bqv e u d 因此得u bvd 即电动势 4 设负载电阻为r 电源内阻不计 通道横截面为边长等于d的正方形 入口处压强为p1 出口处压强为p2 当开关闭合后 发电机的电功率为p电 u2 r bdv 2 r 根据能的转化与守恒定律有p电 f1v f2v 而f1 p1s f2 p2s 所以通道两端压强差 p p1 p2 b2v r 例3 n个长度逐个增大的金属圆筒和一个靶 它们沿轴线排列成一串 如图11 6 3所示 各筒和靶相间地连接到频率为v 最大电压为u的正弦交流电源的两端 整个装置放在高真空容器中 圆筒的两底面中心开有小孔 现有一电量为q 质量为m的正离子沿轴线射入圆筒 并装圆筒及靶间的缝隙处受到电场力的作用而加速 设筒内部无电场 缝隙的宽度很小 离子穿过缝隙的时间可不计 已知离子进入第一个圆筒左端的速度为v1 且此时第一 第二两个圆筒间的电势差为u1 u2 u 为使打在靶上的离子获得最大能量 各个圆筒的长度应满足什么条件 并求出这种情况下打到靶上的离子的能量 解析 只有当离子在各筒内穿过的时间都为t t 2 1 2 时 离子才有可能每次通过圆筒间缝隙都被加速 这样第一个圆筒的长l1 v1t v1 2 当离子通过第一 二个圆筒间的缝隙时 两筒间电压为u 离子进入第二个圆筒时的动能就增加了qu 所以e2 mv21 2 qu v2 v21 2qu m 第二个圆筒的长度l2 v2t v21 2qu m 2 如此可知离子进入第三个圆筒时的动能e3 mv22 12 qu mv21 2 2qu 速度v3 v21 4qu m 第三个圆筒长度l3 v21 4qu m 2 离子进入第n个圆筒时的动能en mv21 2 n 1 qu 速度vn v21 2 n 1 qu m 第n个圆筒