高考物理一轮复习课件第十一章洛伦兹力与现代科技

第十一章物理

磁场第63课时洛伦兹力与现代科技目标要求1.理解质谱仪的工作原理，会计算粒子的比荷。2.理解回旋加速器的工作原理，会计算粒子的最大动能和交流电的频率。3.理解电场与磁场及其叠加场的科技应用实例的原理。课时精练内容索引考点一质谱仪考点二回旋加速器考点三电场与磁场叠加的应用实例分析质谱仪考点一

如图，从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动，自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直。已知甲种离子射入磁场的速度例1大小为v1，并在磁场边界的N点射出；乙种离子在MN的中点射出；MN长为l。不计重力影响和离子间的相互作用。求：(1)磁场的磁感应强度大小；

(2)甲、乙两种离子的比荷之比。答案

1∶4返回

回旋加速器考点二1.构造如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒处于匀强磁场中，D形盒的缝隙处接交流电源。2.原理交流电周期和粒子做圆周运动的周期相等，使粒子每经过一次D形盒缝隙就被加速一次。

磁感应强度B盒半径R无关

回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中。如图甲所示为回旋加速器的工作原理示意图，D1盒中心A处有离子源，它不断发出质子。加在狭缝间的交变电压如图乙所示，电压值的大小为U0、周期为T。已知质子电荷量为q，质量为m，D形盒的半径为R。设狭缝很窄，粒子通过狭缝的时间可以忽略不计。设质子从离子源发出时的初速度为零，不计质子重力。求：(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小；例2

(2)质子在回旋加速器中获得的最大动能及加速次数；

(3)质子在回旋加速器中运动的时间(假设质子经加速后在磁场中又转过半周后射出)。

返回电场与磁场叠加的应用实例分析考点三1.速度选择器(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直。(如图)(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是________________________，即_________，v=____。(3)速度选择器只能选择粒子的速度，不能选择粒子的电性、电荷量、质量。(4)速度选择器具有单向性，改变粒子的入射速度方向，不能实现速度选择功能。洛伦兹力与静电力平衡qvB=qE

2.磁流体发电机(1)原理：如图所示，等离子体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在B、A板上，产生电势差，它可以把离子的_____通过磁场转化为_____。动能电能B(2)电源正、负极判断：根据左手定则可判断出图中的___板是发电机的正极。

静电力和洛伦兹力BdvBdv

4.霍尔元件(1)定义：高为h、宽为d的导体(自由电荷是电子或正电荷)置于匀强磁场B中，当电流通过导体时，在导体的_________和_________之间产生电势差，这种现象称为霍尔效应，此电压称为霍尔电压。(2)电势高低的判断：如图，导体中的电流I向右时，根据左手定则可得，若自由电荷是电子，则下表面A'的电势___；若自由电荷是正电荷，则下表面A'的电势___。上表面A下表面A'高低

讨论交流想一想这四种科研装置，在应用中有什么共同特点？

例3√

(多选)(2024·湖北卷·9)磁流体发电机的原理如图所示，MN和PQ是两平行金属极板，匀强磁场垂直于纸面向里。等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)从左侧以某一速度平行于极板喷入磁场，极板间便产生电压。下列说法正确的是A.极板MN是发电机的正极B.仅增大两极板间的距离，极板间的电压减小C.仅增大等离子体的喷入速率，极板间的电压增大D.仅增大喷入等离子体的正、负带电粒子数密度，极板间的电压增大例4√√

例5√

例6√根据安培定则可知螺绕环在霍尔元件处产生的磁场方向向下，则要使元件输出霍尔电压UH为零，直导线ab在霍尔元件处产生的磁场方向应向上，根据安培定则可知待测电流I'的方向应该是b→a；

返回课时精练对一对题号12345答案DACD(1)0.4m

(2)4.4×106C/kg题号67

89答案CBD(1)

(2)

(3)4mB答案1234567891.磁流体发电机的发电原理如图所示：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的离子，而从整体来说呈电中性)沿图示方向以速度v喷射入磁场，磁感应强度为B，磁场中有两块金属板A、B(A板在上，B板在下，且正对)，板间距为d，这时金属板上就聚集了电荷。不计A、B板间内阻，下列说法正确的是A.A板带正电B.有电流从a经用电器流向bC.等离子体发生偏转的原因是离子所受静电力大于所受洛伦兹力D.金属板A、B间的最大电势差为Bvd√123456789基础落实练答案123456789答案根据左手定则知，正电荷向下偏，负电荷向上偏，则A板带负电，B板带正电，故A错误；因为B板带正电，A板带负电，所以电流的流向为b经用电器流向a，故B错误；

2.如图所示，两平行金属板之间有竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场，一带负电的粒子(所受重力不计)以速度v0水平向右飞入两板之间，恰能沿直线飞出。下列判断正确的是A.粒子一定做匀速直线运动B.若只增大粒子速度v0，则其运动轨迹仍是直线C.若只增加粒子的电荷量，则其运动轨迹将向上偏转D.若粒子以速度v0从右向左水平飞入，则其运动轨迹是抛物线123456789答案√123456789答案带负电的粒子沿直线从正交场中飞出，则受到的向上的静电力大小等于向下的洛伦兹力大小，则一定做匀速直线运动，如果不是做匀速直线运动，洛伦兹力就会变化，则将做曲线运动，A正确；若只增大粒子速度v0，则粒子所受洛伦兹力变大，则其运动轨迹向下弯曲，不是直线，B错误；根据qvB=qE可知，若只增加粒子的电荷量，则粒子仍沿直线穿过正交场，C错误；若粒子以速度v0从右向左水平飞入的瞬间，则所受静电力和洛伦兹力均向上，之后静电力方向不变，洛伦兹力方向时刻在变化，其运动轨迹是曲线，但不是抛物线，D错误。3.(2023·广东卷·5)某小型医用回旋加速器，最大回旋半径为0.5m，磁感应强度大小为1.12T，质子加速后获得的最大动能为1.5×107eV。根据给出的数据，可计算质子经该回旋加速器加速后的最大速率约为(忽略相对论效应，1eV=1.6×10-19J)A.3.6×106m/s B.1.2×107

m/sC.5.4×107m/s D.2.4×108

m/s123456789√答案

4.笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别为磁体和霍尔元件。当显示屏翻开时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏合上时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图所示是一块长为a、宽为b、高为c的半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入的恒定电流方向向右。当显示屏合上时，元件处于垂直于上表面且方向向下的匀强磁场中，元件的前、后表面间产生电压U，以此来控制屏幕的熄灭。则元件的A.前表面的电势比后表面的低B.前、后表面间的电压U与a成正比C.前、后表面间的电压U与b成正比D.前、后表面间的电压U与c成反比123456789答案√123456789答案

123456789答案5.(2023·福建卷·14)阿斯顿(F.Aston)借助自己发明的质谱仪发现了氖等元素的同位素而获得诺贝尔奖，质谱仪分析同位素简化的工作原理如图所示。在PP'上方存在一垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。两个氖离子在O处以相同速度v垂直磁场边界入射，在磁场中发生偏转，分别落在M和N处。已知某次实验中，v=9.6×104m/s，B=0.1T，落在M处氖离子比荷(电荷量和质量之比)为4.8×106C/kg；P、O、M、N、P'在同一直线上；离子重力不计。(1)求OM的长度；答案

0.4m123456789答案

123456789答案(2)若ON的长度是OM的1.1倍，求落在N处氖离子的比荷。答案

4.4×106C/kg

√能力综合练123456789答案

123456789答案

7.(多选)为了测量某化肥厂的污水排放量，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a、b、c，左右两端开口，在垂直于上下表面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个内侧面固定有金属板作为电极，含有正、负离子的污水充满流量计管道，并以稳定的速度从左向右流过该装置，用电压表测出两个电极间的电压为U，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A.污水中的离子浓度越高，电压表的示数就会越大B.应该把电压表的正极连接在后内侧面金属板上C.若污水的流速很小，则可以减弱磁场以增大电压表的示数D.若电压表示数增加到两倍，则反映出污水的流量达到了两倍√123456789答案√123456789答案

123456789答案

123456789答案

(2)磁感应强度大小B；123456789答案

(3)粒子x的质量M。123456789答案答案

4m

9.如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场电场强度大小恒定