高考(2017年)物理总复习复合场中的物理模型专题练习(课件)

【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第一页第二页，共11页。【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.第二页第三页，共11页。(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=2×１０5m/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=5×１０５m/e

氘核d=1×106m/e第三页第四页，共11页。【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?第四页第五页，共11页。【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).第五页第六页，共11页。(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.第六页第七页，共11页。【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.第七页第八页，共11页。

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?第八页第九页，共11页。【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E