2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 小專題6 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的科技應(yīng)用課件.ppt

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小專題6 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的科技應(yīng)用 突破1 速度選擇器 如圖Z6 1所示 圖Z6 1 1 平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相垂直 這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來 所以叫做速度選擇器 典題1 2017年福建廈門質(zhì)檢 速度選擇器的原理圖如圖Z6 2所示 已知電場(chǎng)強(qiáng)度為E 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B并相互垂直分布 某一帶電粒子 重力不計(jì) 沿圖中虛線水平通過 則該帶電 粒子 A 一定帶正電 B 速度大小為 EB C 可能沿QP方向運(yùn)動(dòng) 圖Z6 2 為qE 洛倫茲力大小F qvB qE 兩個(gè)力平衡 速度v 故C錯(cuò)誤 若速度v 則粒子受到的洛倫茲力大于電場(chǎng)力 解析 粒子從左射入 不論帶正電還是負(fù)電 電場(chǎng)力大小 EB 粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng) 故A錯(cuò)誤 B正確 此粒子從右端沿虛線方向進(jìn)入 電場(chǎng)力與洛倫茲力在同一方向 不能做直線運(yùn)動(dòng) EB 使粒子偏轉(zhuǎn) 只有當(dāng)粒子帶負(fù)電時(shí)粒子才向下偏轉(zhuǎn) 故D錯(cuò)誤 答案 B 考點(diǎn)突破1 如圖Z6 3所示 在平行線MN PQ之間存在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直于紙面的磁場(chǎng) 未畫出 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度從左到右逐漸增大 一帶電微粒進(jìn)入該區(qū)域時(shí) 由于受到空氣阻力作用 恰好能沿水平直線OO 通過該區(qū)域 帶電微粒所受的重力忽略不計(jì) 運(yùn)動(dòng)過程帶電量不變 下列判斷正確 的是 A 微粒從左向右運(yùn)動(dòng) 磁場(chǎng)方向向里B 微粒從左向右運(yùn)動(dòng) 磁場(chǎng)方向向外 圖Z6 3 C 微粒從右向左運(yùn)動(dòng) 磁場(chǎng)方向向里D 微粒從右向左運(yùn)動(dòng) 磁場(chǎng)方向向外 解析 由微粒恰好能沿水平直線OO 通過該區(qū)域說明洛倫茲力qvB與電場(chǎng)力qE平衡 微粒受到空氣阻力作用 速度 逐漸減小 沿運(yùn)動(dòng)方向磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度必須逐漸增大 因此微粒從左向右運(yùn)動(dòng) 磁場(chǎng)方向向外 B正確 答案 B 突破2 磁流體發(fā)電機(jī) 1 磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù) 它可以把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能 2 根據(jù)左手定則 圖Z6 4中的B是發(fā)電機(jī)正極 圖Z6 4 3 磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為L(zhǎng) 等離子體速度為v 的最大電勢(shì)差U BLv 典題2 多選 2016年河北冀州中學(xué)高三檢測(cè) 磁流體發(fā)電機(jī)可簡(jiǎn)化為如下模型 兩塊長(zhǎng) 寬分別為a b的平行板 彼此相距L 板間通入已電離的速度為v的氣流 兩板間存在一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的磁場(chǎng) 磁場(chǎng)方向與兩板平行 并與氣流垂直 如圖Z6 5所示 把兩板與外電阻R連接起來 在磁場(chǎng)力作用下 氣流中的正 負(fù)離子分別向兩板移動(dòng)形成電流 設(shè)該 氣流的導(dǎo)電率 電阻率的倒數(shù) 為 則 圖Z6 5 解析 根據(jù)左手定則知正電荷向上偏 負(fù)電荷向下偏 下極板帶負(fù)電 所以流過外電阻R的電流方向?yàn)镸到N 最終電荷 答案 AC 考點(diǎn)突破2 多選 磁流體發(fā)電機(jī)的原理示意圖如圖Z6 6所示 金屬板M N正對(duì)著平行放置 且板面垂直于紙面 在兩板之間接有電阻R 在極板間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 當(dāng)?shù)入x子束 分別帶有等量正 負(fù)電荷的離子束 從左向右進(jìn)入 極板時(shí) 下列說法正確的是 A N板的電勢(shì)高于M板的電勢(shì)B M板的電勢(shì)高于N板的電勢(shì)C R中有由b向a方向的電流 D R中有由a向b方向的電流 圖Z6 6 解析 根據(jù)左手定則可知正電荷向上極板偏轉(zhuǎn) 負(fù)電荷向下極板偏轉(zhuǎn) 則M板的電勢(shì)高于N板的電勢(shì) 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 B正確 M板相當(dāng)于電源的正極 那么R中有由a向b方向的電流 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 D正確 答案 BD 突破3 電磁流量計(jì) 工作原理 如圖Z6 7所示 圓形導(dǎo)管的直徑為d 用非磁性材料制成 導(dǎo)電液體在管中向左流動(dòng) 導(dǎo)電液體中的自由電荷 正 負(fù)離子 在洛倫茲力的作用下橫向偏轉(zhuǎn) a b間出現(xiàn)電勢(shì)差 形成電場(chǎng) 當(dāng)自由電荷所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡 圖Z6 7 典題3 為監(jiān)測(cè)某化工廠的污水排放量 技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖Z6 8所示的流量計(jì) 該裝置由絕緣材料制成 長(zhǎng) 寬 高分別為a b c 左右兩端開口 在垂直于上下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 在前 后兩個(gè)內(nèi)側(cè)面分別固定有金屬板作為電極 污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí) 電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U 若用Q表示污水流量 單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積 下列說法正確的是 圖Z6 8 A 若污水中正離子較多 則前表面比后表面電勢(shì)高B 若污水中負(fù)離子較多 則前表面比后表面電勢(shì)高C 污水中離子濃度越高 電壓表的示數(shù)將越大D 污水流量Q與U成正比 與a b無關(guān) 解析 無論污水中正離子多還是負(fù)離子多 由左手定則知轉(zhuǎn) 電壓表示數(shù)恒定 與污水中離子濃度無關(guān) A B C錯(cuò)誤 由Q vbc可得Q UcB Q與U成正比 與a b無關(guān) D正確 答案 D 考點(diǎn)突破3 多選 2017年江西上饒二模 為了測(cè)量某化工廠的污水排放量 技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖Z6 9所示的流量計(jì) 該裝置由絕緣材料制成 長(zhǎng) 寬 高分別為a 1m b 0 2m c 0 2m 左 右兩端開口 在垂直于前 后面的方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 1 25T的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 在上 下兩個(gè)面的內(nèi)側(cè)固定有金屬板M N作為電極 污水充滿裝置以某一速度從左向右勻速流經(jīng)該裝置時(shí) 測(cè)得兩個(gè)電極間的電壓U 1V 且污水流過該裝置時(shí)受到阻力作用 阻力f kLv 其中比例系數(shù)k 15N s m2 L為污水沿流速方向的長(zhǎng)度 v為污水的流速 下列說法正確的是 圖K6 9 A 金屬板M電勢(shì)不一定高于金屬板N的電勢(shì) 因?yàn)槲鬯?負(fù)離子較多 B 污水中離子濃度的高低對(duì)電壓表的示數(shù)也有一定影響C 污水的流量 單位時(shí)間內(nèi)流出的污水體積 Q 0 16m3 sD 為使污水勻速通過該裝置 左 右兩側(cè)管口應(yīng)施加的壓 強(qiáng)差為 p 1500Pa 答案 CD 突破4 霍爾元件 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體 當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí) 導(dǎo)體在與磁場(chǎng) 電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢(shì)差 這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng) 所產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差 其原理如圖Z6 10所示 圖Z6 10 典題4 2017年江西南昌三校大聯(lián)考 如圖Z6 11所示 厚度為h 寬度為d的金屬導(dǎo)體 當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí) 在導(dǎo)體上 下表面會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng) 下列說法正確的是 A 上表面的電勢(shì)高于下表面電勢(shì) B 僅增大h時(shí) 上 下表面的電勢(shì)差增大 圖Z6 11 C 僅增大d時(shí) 上 下表面的電勢(shì)差減小D 僅增大電流I時(shí) 上 下表面的電勢(shì)差減小答案 C 正 正 考點(diǎn)突破4 如圖Z6 12所示 一段長(zhǎng)方體形導(dǎo)電材料 左 右兩端面的邊長(zhǎng)都為a和b 內(nèi)有帶電荷量為q的某種自由運(yùn)動(dòng)電荷 導(dǎo)電材料置于方向垂直于其前表面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 當(dāng)通以從左到右的穩(wěn)恒電流I時(shí) 測(cè)得導(dǎo)電材料上 下表面之間的電壓為U 且上表面的電勢(shì)比下表面的低 由此可得該導(dǎo)電材料單位體積內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)電 荷數(shù)及自由運(yùn)動(dòng)電荷的正負(fù)分別為 圖Z6 12 A IB q aU 負(fù) B IB q aU C IB q bU 負(fù) IBD q bU 所以C項(xiàng)正確 A B D項(xiàng)錯(cuò)誤 解析 建立霍爾效應(yīng)模型 根據(jù)左手定則 不管正電荷還是負(fù)電荷均應(yīng)該向上偏 由于上表面的電勢(shì)比下表面的電勢(shì)低 說明電荷電性為負(fù) 當(dāng)導(dǎo)電材料上 下表面之間的電壓為U時(shí) 表達(dá)式I nqvab 解得導(dǎo)電材料單位體積內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)的電荷數(shù) n IB q bU 答案 C 突破5 質(zhì)譜儀 1 構(gòu)造 如圖Z6 13所示 由粒子源 加速電場(chǎng) 偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和照相底片等構(gòu)成 圖Z6 13 典題5 多選 質(zhì)譜儀的原理如圖Z6 14所示 從粒子源S出來時(shí)的粒子速度很小 可以看做初速度為零 粒子經(jīng)過電場(chǎng)加速后進(jìn)入有界的垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域 并沿著半圓周運(yùn)動(dòng)而達(dá)到照相底片上的P點(diǎn) 測(cè)得P點(diǎn)到入口的距離為 x 則以下說法正確的是 圖Z6 14A 僅加速電壓增大 其他量不變 則x增大B 僅勻強(qiáng)磁場(chǎng)增強(qiáng) 其他量不變 則x增大C 僅粒子的質(zhì)量增大 其他量不變 則x增大D 僅粒子的電荷量增加 其他量不變 則x增大 答案 AC 考點(diǎn)突破5 如圖Z6 15所示 左半部分為速度選擇器 右半部分為勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 一束同位素離子流從狹縫S1射入速度選擇器 能夠沿直線通過速度選擇器并從狹縫S2射出的離子 又沿著與電場(chǎng)垂直的方向 立即進(jìn)入電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 最后打在照相底片D上 已知同位素離子的電荷量為q q 0 速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E0的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 照相底片D與狹縫S1 S2的連線平行且距離為L(zhǎng) 忽略重力的影響 1 求從狹縫S2射出的離子速度v0的大小 2 若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中沿速度v0方向飛行的距離為x 求x與離子質(zhì)量m之間的關(guān)系式 用E0 B0 E q m L表示 圖Z6 15 突破6 回旋加速器 1 構(gòu)造 如圖Z6 16所示 D1 D2是半圓形金屬盒 D形盒的縫隙處接交流電源 D形盒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 圖Z6 16 子經(jīng)電場(chǎng)加速 經(jīng)磁場(chǎng)回旋 由qvB 2 原理 交流電的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等 粒 mv2r 得Ekm q2B2r22m 可 見粒子獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和 D 形盒的半徑r決定 與加速電壓無關(guān) 典題6 2017年四川綿陽(yáng)高三月考 如圖Z6 17所示 回旋加速器的核心部分是真空室中的兩個(gè)相距很近的 D 形金屬盒 把它們放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向垂直于盒面向下 連接好高頻交流電源后 兩盒間的窄縫中能形成勻強(qiáng)電場(chǎng) 帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng) 每次通過兩盒間的窄縫時(shí)都能被加速 直到達(dá)到最大圓周半徑時(shí)通過特殊裝置引出 如果用同一回旋加 流電源的周期和引出時(shí)的最大動(dòng)能 下列說法正確的是 A 加速氚核的交流電源的周期較大 氚核獲得的最大動(dòng)能較大B 加速氚核的交流電源的周期較小 氚核獲得的最大動(dòng)能較大C 加速氚核的交流電源的周期較大 氚核獲得的最大動(dòng)能較小D 加速氚核的交流電源的周期較小 氚 核獲得的最大動(dòng)能較小 圖Z6 17 答案 C 考點(diǎn)突破6 多選 回旋加速器的工作原理圖如圖Z6 18甲所示 D1和D2是兩個(gè)中空的半圓形金屬盒 它們之間有一定的電勢(shì)差 A處的粒子源產(chǎn)生的帶電粒子 在兩盒之間被電場(chǎng)加速 兩半圓形金屬盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 所以粒子在半圓形金屬盒中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 若帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示 不計(jì)帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間 不考慮由相對(duì)論效應(yīng)帶來的影響 下列判斷 正確的是 甲 乙 A 在Ek t圖中應(yīng)該有tn 1 tn tn tn 1B 在Ek t圖中應(yīng)該有tn 1 tn tn tn 1C 在Ek t圖中應(yīng)該有En 1 En En En 1D 在Ek t圖中應(yīng)該有En 1 En En En 1 圖Z6 18 解析 根據(jù)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期與速度無關(guān)可知 在Ek t圖中應(yīng)該有tn 1 tn tn tn 1 選項(xiàng)A正確 B錯(cuò)誤 由于帶電粒子在電場(chǎng)中加速 電場(chǎng)力做功相等 所以在Ek t圖中應(yīng)該有En 1 En En En 1 選項(xiàng)C正確 D錯(cuò)誤 答案 AC