2021届高三物理一轮复习磁场9：电磁场与科技应用

1、2021届高三物理一轮复习磁场9：电磁场与科技应用班级 座号 姓名 分数一、知识清单1 .质增仪(1 )构造：如图所示，由粒子源、加速电场、匀强磁场和照相底片等构成。(2 )原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式4U二;粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式V-= m0由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷。2.回旋加速器的六个常考问题(1 )电场、磁场各起什么作用？答：电场使粒子加速，粒子每经过一个周期，被电场加速两次；磁场使粒子偏转。(2 )高频电场的变化周期是多少？交变电场周期一定要等于粒子在磁场中的运动周期吗？同

2、一回旋加速器不改变条件可以加速不同的粒子吗？答：电场的变化周期等于粒子在磁场中运动的周期，即丁电=与，二者一定要同步，否则粒子不会始终被加速， qB因此比荷不同的粒子其加速电场的周期一般不同。比荷相同的则可以共用同一回旋加速器，不需要改变条件，例如和He。(3 )粒子在磁场中的回旋半径有什么关系？带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，每次增加的动能为/Ek=4U若初动能为零，则粒子进入磁场时的动能之比Ei&E：£n=l：2:3 : 所有各次半径之比Ri：&：R3：Rn=： 1 ： V2 ： V3 ：.、后(4)粒子的最大速度和最大动能的两个公式是什么？最大动能

3、与加速电压大小有关吗？答：对于同一回旋加速器，具粒子的回旋的最大半径是相同的，都等于D形盒的半径。由最大半径得：R=£= v =空或v = 2iRf所以，最大动能= " 或 qBm2 2mEk =2m/R?f2 ,与加速电压无关。(5 )粒子在磁场、电场中的运动时间是多少？答：粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期不变，不因速度变大而变大，带电粒子每经电场加速一次，在磁场中偏转半周。加速次数：=一寸二二,所需时间：qU 2mU"2粒子在电场中的运动连接起来就是匀加速直线运动，加速度=当,根据速度公式电，口 二 联 matn立可得/电=%。由于粒子在电场中的运动时间远小于

4、在磁场中的运动时间，所以一般不计。(6)粒子的速度 能被加速至无限大吗？答：不能，随着速度增加，要考虑相对论效应和重力的影响，粒子运动频率不等于交流电频率，粒子将不再被同步加速。3.带电粒子在叠加场中运动的实例分析装置原理图规律速度选择器XXXXTBXXXX11A.F若小志二必，即如二方，粒子做匀速直线运动(1 )速度大小一定i，=E/比 如图，若i，<E/A则洛伦兹力小于电场力， 粒子向电场力一侧偏转，反之向洛伦兹力一侧偏转。(2 )方1可一定。如图，右速度反可，电场力力向不变，但洛伦兹力 方向反向；(3 )与粒子的质量m (重力不计)、电性无关、电量大小q无关。磁流体发电机吟爹等离了

5、一体束等离子体射入，受洛伦兹力偏转,使两极板带止、负电,两极电压为 U 时稳定 , (rj - quoB , U - vMXXXX:A «XXXXt1 J电磁流量计x ax x5<7 = qvB ,所以 u 二卷G、l cc 软 DU所以Q二“S二布-X f) X1)X霍尔元件k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 向上出现电势差4.看尔效应(1 )电流向右，电子向左运动，其受洛仑兹力的方向向(填上、下)，达到稳定状态时，导体板上侧面A的 电势下侧面A的电势(填高于、彳氐于或等于)(2 )电子所受的洛仑兹力的大小为。(3 )当导体板上下两面之间的电势差为

6、U时，电子所受静电力的大小为B(4 )由静电力和洛仑兹力平衡的条件得e，B=eU/h ；电流微观表达式为I=nevS ； S=皿联立解得U =:霍尔系ne d数为K =L，其中n代表导体板单位体积中电子的个数。答案：上低eB eU/h二,选择题1 .（多选）如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正 交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为8和心平板S上有可让粒子通过的狭隆P和记录粒子位置的胶片A 02。平板S下方有强度为治的匀强磁场。下列表述正确的是（A.质谱仪是分析同位素的重要工具B.速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外C.能通过狭缝P的带电粒子的

7、速率等于E/BD.粒子打在胶片上的位置越靠近狭建P,粒子的比荷越小如博电场二速度选陛R。第5页，共4页2 .质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具.图中的铅盒A中的放射源放出大量的带正电粒子（可 认为初速度为零），从狭缝S,进入电压为U的加速电场区加速后，再通过狭转S?从小孔G垂直于MN射入偏转磁场, 该偏转磁场是以直线MN为切线、磁感应强度为B ,方向垂直于纸面向外半径为R的圆形匀强磁场.现在MN上的士叮U ：51 厂区 ,“屯亍、N ；、B ;尸点（图中未画出）接收到该粒子 目GE=/R.则该粒子的比荷为（粒子的重力忽略不计A R?B2业C.肃4U_ B 痂n 2U D 砺3

8、.（多选）粒子回旋加速器的工作原理如图甲、乙所示，置于真空中的D形金属盒的半径为R ,两金属盒间的狭链很 小，磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频交流电的频率为f ,加速电压为U ,若中心粒子源处产生 的质子质量为m ,电荷量为+ e,在加速器中被加速。不考虑相对论效应，则下列说法正确的是（）A .不改变磁感应强度B和交流电的频率f ,该加速器也可以加速a粒子b .加速的粒子获得的最大动能随加速电压u增大而增大/d二力rb:C .质子被加速后的最大速度不能超过2aRf'd .质子第二;欠和第一次经过d形盒间狭缝后轨道半径之比为w ： 1接文心,4 . （2016陕西西安八校联

9、考）如图甲是回旋加速器的原理示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中（磁感应强度大小恒定），并分别与高频电源 相连。加速时某带电粒子的动能反随时间/变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判 断正确的是（）A .高频电源的变化周期应该等于t - 6,.1B 在 Ek - f 图象中，14 T3 =，3 -二，2 - hC.粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大D .不同粒筋得的最大动能都相同5 .（多选）磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能，如图7是它的示意图.平行金属板A、 8之间有一个很强的磁场，将一束等离

10、子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负离子）喷入磁场，A、8两板间便 产生电压.如果把A、8和用电器连接，48就是直流电源的两个电极，设A、8两板间距为“，磁感应强度为8', 等离子体以速度v沿垂直于磁场的方向射入4 B两板之间，则下列说法正确的是（）A . A是直流电源的正极B . B是直流电源的正极望多&C.电源的电动势为夕小，D .电源的电动势为qvB1等离子体6 .（2018.银川一模）（多选）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所示的流量计, 该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为、仄c ,左、右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁感应

11、强度为 8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。表示污水流量（单位时间内流出的污水体积），下列说法中正确的是（）A.M板电势一定高于N板的电势B.污水中离子浓度越高，电压表的示数越大 C.污水流动的速度越大，电压表的示数越大D .电压表的示数U与污水流量Q成正比7 .（多选）如图所示，为探讨霍尔效应，取一块长度为竞度为厚度为4的金属导体，给金属导体加与前后侧 面垂直的匀强磁场8 ,且通以图示方向的电流/时，用电压表测得导体上、下表面N间电压为U ,已知自由电子的电荷量为J下列说法中正确的是（）A.M板

12、比N板电势高8 .导体单位体积内自由电子数越多，电压表的示数越大C.导体中自由电子定向移动的速度为U =二BdD.导体单位体积内的自由电子数为y euh9 . （2020全国n）CT扫描是计算机X射线断层扫描技术的简称，CT扫描机可用于对多种病情的探测。图（a ）是某 种CT机主要部分的剖面图,其中X射线产生部分的示意图如图（b ）所示。图（b ）中M、N之间有一电子束的加 速电场，虚线框内有匀强偏转磁场；经调节后电子束从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进，打到靶上，产生)X射线（如图中带箭头的虚线所示）；将电子束打到靶上的点记为P点。则（A. M处的电势高于N处的电势B.C.D.增大M、N

13、之间的加速电压可使P点左移偏转磁场的方向垂直于纸面向外增大偏转磁场磁感应强度的大小可使P点左移9.环形又搪机是研究高能粒子的重要装置，匕嘀相等的正、负离子都由静止经过电压为U的直线加速器加速后， 沿圆环切线方向同时注入对撞机的高真空环状空腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小 为B.正、负离子在环状空腔内只受洛伦兹力作用而沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动,然后在碰撞区迎面相撞, 不考虑相对论效应，下列说法正确的是（）环状空腔A .所加匀强磁场的方向应垂直圆环平面向外负离直线加速B .若加速电压一定，离子的比荷马越大，磁感应强度B越小十二于碰撞区C.磁感应强度B 一定时，比荷士相同的离子加速后，质量大的离子动能小弋JD .对于给定的正、负离子，加速电压U越大，离子在环状空腔磁场中的运动时间越长 10 .如图7所示为一种获得高能粒子的装置，环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调节的均匀磁场，质量为如 电荷量为+4的粒子在环中做半径为R的圆周运动，A、8为两块中心开有小孔的极板，原来电势都为零，每当粒子 顺时针飞经A板时，A板电势升高为U, 5