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

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1、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(lái)，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(guò).則該帶電粒子()A.一定帶正電B.速度大小為EBC.可能沿 QP 方向運(yùn)動(dòng)圖 Z6-2為 qE，洛倫茲力大小 FqvBqE，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

2、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(guò)該區(qū)域.帶電微粒所受的重力忽略不計(jì)，運(yùn)動(dòng)過(guò)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

3、 Z6-3C.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(guò)該區(qū)域說(shuō)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，等離子體速度為 v，的最大電勢(shì)差 UBLv.【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)

4、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(lái)，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(guò)外電阻 R 的電流方向?yàn)?M 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

5、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(shuō)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)

6、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(kāi)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(shuō)法正確的是()圖 Z6-8A.若污水中正

7、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(wú)關(guān)解析：無(wú)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(wú)關(guān)，A、B、C 錯(cuò)誤；由 Qvbc 可得 QUcB，Q 與 U 成正比，與 a、b 無(wú)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 a1 m、b0.2 m、c0.2 m，左、右兩端開(kāi)口

8、，在垂直于前、后面的方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B1.25 T 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 U1 V.且污水流過(guò)該裝置時(shí)受到阻力作用，阻力 fkLv，其中比例系數(shù) k15 Ns/m2，L 為污水沿流速方向的長(zhǎng)度，v 為污水的流速.下列說(shuō)法正確的是()圖 K6-9A.金屬板 M 電勢(shì)不一定高于金屬板 N 的電勢(shì)，因?yàn)槲鬯胸?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)Q0.16 m3/sD.為使污水勻速通過(guò)該裝置，左、右兩側(cè)管口應(yīng)施加的壓強(qiáng)差為

9、p1500 Pa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(shuō)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 Z6-11C.僅增大 d 時(shí)，上、下表面的電勢(shì)差減小D.僅增大

10、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 Z6-12A.IB|q|aU，負(fù)B.IB|q|aUC.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

11、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(shuō)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 Inqvab，解得導(dǎo)電材料單位體積內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)的電荷數(shù)nIB|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(lái)時(shí)的粒子速度很小，可以看做初速度為零，粒子經(jīng)過(guò)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(shuō)法正確的是()圖 Z

12、6-14A.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(guò)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(q0)，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

13、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，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 Ekmq2B2r22m，可見(jiàn)粒子獲得的最大動(dòng)

14、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(wú)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(guò)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(guò)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(shuō)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??；氚核獲得的最大動(dòng)能較大C.加速氚核的交流電源的

15、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(lái)的影響，下列判斷正確的是()甲乙A.在Ek-t圖中應(yīng)該有tn1tntntn1B.在Ek-t圖中應(yīng)該有tn1tntntn1C.在Ek-t圖中應(yīng)該有En1EnEnEn1D.在Ek-t圖中應(yīng)該有En1EnEnEn1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(wú)關(guān)可知，在 Ek-t 圖中應(yīng)該有 tn1tntntn1，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 En1EnEnEn1，選項(xiàng) C 正確，D 錯(cuò)誤.答案：AC