2019版高考物理一轮复习 小专题6 带电粒子在复合场中运动的科技应用课件.ppt

小专题6 带电粒子在复合场中运动的科技应用 突破1 速度选择器 如图Z6 1所示 图Z6 1 1 平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直 这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来 所以叫做速度选择器 典题1 2017年福建厦门质检 速度选择器的原理图如图Z6 2所示 已知电场强度为E 磁感应强度为B并相互垂直分布 某一带电粒子 重力不计 沿图中虚线水平通过 则该带电 粒子 A 一定带正电 B 速度大小为 EB C 可能沿QP方向运动 图Z6 2 为qE 洛伦兹力大小F qvB qE 两个力平衡 速度v 故C错误 若速度v 则粒子受到的洛伦兹力大于电场力 解析 粒子从左射入 不论带正电还是负电 电场力大小 EB 粒子做匀速直线运动 故A错误 B正确 此粒子从右端沿虚线方向进入 电场力与洛伦兹力在同一方向 不能做直线运动 EB 使粒子偏转 只有当粒子带负电时粒子才向下偏转 故D错误 答案 B 考点突破1 如图Z6 3所示 在平行线MN PQ之间存在竖直向上的匀强电场和垂直于纸面的磁场 未画出 磁场的磁感应强度从左到右逐渐增大 一带电微粒进入该区域时 由于受到空气阻力作用 恰好能沿水平直线OO 通过该区域 带电微粒所受的重力忽略不计 运动过程带电量不变 下列判断正确 的是 A 微粒从左向右运动 磁场方向向里B 微粒从左向右运动 磁场方向向外 图Z6 3 C 微粒从右向左运动 磁场方向向里D 微粒从右向左运动 磁场方向向外 解析 由微粒恰好能沿水平直线OO 通过该区域说明洛伦兹力qvB与电场力qE平衡 微粒受到空气阻力作用 速度 逐渐减小 沿运动方向磁场的磁感应强度必须逐渐增大 因此微粒从左向右运动 磁场方向向外 B正确 答案 B 突破2 磁流体发电机 1 磁流体发电是一项新兴技术 它可以把内能直接转化为电能 2 根据左手定则 图Z6 4中的B是发电机正极 图Z6 4 3 磁流体发电机两极板间的距离为L 等离子体速度为v 的最大电势差U BLv 典题2 多选 2016年河北冀州中学高三检测 磁流体发电机可简化为如下模型 两块长 宽分别为a b的平行板 彼此相距L 板间通入已电离的速度为v的气流 两板间存在一磁感应强度大小为B的磁场 磁场方向与两板平行 并与气流垂直 如图Z6 5所示 把两板与外电阻R连接起来 在磁场力作用下 气流中的正 负离子分别向两板移动形成电流 设该 气流的导电率 电阻率的倒数 为 则 图Z6 5 解析 根据左手定则知正电荷向上偏 负电荷向下偏 下极板带负电 所以流过外电阻R的电流方向为M到N 最终电荷 答案 AC 考点突破2 多选 磁流体发电机的原理示意图如图Z6 6所示 金属板M N正对着平行放置 且板面垂直于纸面 在两板之间接有电阻R 在极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场 当等离子束 分别带有等量正 负电荷的离子束 从左向右进入 极板时 下列说法正确的是 A N板的电势高于M板的电势B M板的电势高于N板的电势C R中有由b向a方向的电流 D R中有由a向b方向的电流 图Z6 6 解析 根据左手定则可知正电荷向上极板偏转 负电荷向下极板偏转 则M板的电势高于N板的电势 选项A错误 B正确 M板相当于电源的正极 那么R中有由a向b方向的电流 选项C错误 D正确 答案 BD 突破3 电磁流量计 工作原理 如图Z6 7所示 圆形导管的直径为d 用非磁性材料制成 导电液体在管中向左流动 导电液体中的自由电荷 正 负离子 在洛伦兹力的作用下横向偏转 a b间出现电势差 形成电场 当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡 图Z6 7 典题3 为监测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Z6 8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 在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场 在前 后两个内侧面分别固定有金属板作为电极 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 图Z6 8 A 若污水中正离子较多 则前表面比后表面电势高B 若污水中负离子较多 则前表面比后表面电势高C 污水中离子浓度越高 电压表的示数将越大D 污水流量Q与U成正比 与a b无关 解析 无论污水中正离子多还是负离子多 由左手定则知转 电压表示数恒定 与污水中离子浓度无关 A B C错误 由Q vbc可得Q UcB Q与U成正比 与a b无关 D正确 答案 D 考点突破3 多选 2017年江西上饶二模 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Z6 9所示的流量计 该装置由绝缘材料制成 长 宽 高分别为a 1m b 0 2m c 0 2m 左 右两端开口 在垂直于前 后面的方向加磁感应强度为B 1 25T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 污水充满装置以某一速度从左向右匀速流经该装置时 测得两个电极间的电压U 1V 且污水流过该装置时受到阻力作用 阻力f kLv 其中比例系数k 15N s m2 L为污水沿流速方向的长度 v为污水的流速 下列说法正确的是 图K6 9 A 金属板M电势不一定高于金属板N的电势 因为污水中 负离子较多 B 污水中离子浓度的高低对电压表的示数也有一定影响C 污水的流量 单位时间内流出的污水体积 Q 0 16m3 sD 为使污水匀速通过该装置 左 右两侧管口应施加的压 强差为 p 1500Pa 答案 CD 突破4 霍尔元件 在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体 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了电势差 这个现象称为霍尔效应 所产生的电势差称为霍尔电势差 其原理如图Z6 10所示 图Z6 10 典题4 2017年江西南昌三校大联考 如图Z6 11所示 厚度为h 宽度为d的金属导体 当磁场方向与电流方向垂直时 在导体上 下表面会产生电势差 这种现象称为霍尔效应 下列说法正确的是 A 上表面的电势高于下表面电势 B 仅增大h时 上 下表面的电势差增大 图Z6 11 C 仅增大d时 上 下表面的电势差减小D 仅增大电流I时 上 下表面的电势差减小答案 C 正 正 考点突破4 如图Z6 12所示 一段长方体形导电材料 左 右两端面的边长都为a和b 内有带电荷量为q的某种自由运动电荷 导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中 内部磁感应强度大小为B 当通以从左到右的稳恒电流I时 测得导电材料上 下表面之间的电压为U 且上表面的电势比下表面的低 由此可得该导电材料单位体积内自由运动电 荷数及自由运动电荷的正负分别为 图Z6 12 A IB q aU 负 B IB q aU C IB q bU 负 IBD q bU 所以C项正确 A B D项错误 解析 建立霍尔效应模型 根据左手定则 不管正电荷还是负电荷均应该向上偏 由于上表面的电势比下表面的电势低 说明电荷电性为负 当导电材料上 下表面之间的电压为U时 表达式I nqvab 解得导电材料单位体积内自由运动的电荷数 n IB q bU 答案 C 突破5 质谱仪 1 构造 如图Z6 13所示 由粒子源 加速电场 偏转磁场和照相底片等构成 图Z6 13 典题5 多选 质谱仪的原理如图Z6 14所示 从粒子源S出来时的粒子速度很小 可以看做初速度为零 粒子经过电场加速后进入有界的垂直于纸面向里的匀强磁场区域 并沿着半圆周运动而达到照相底片上的P点 测得P点到入口的距离为 x 则以下说法正确的是 图Z6 14A 仅加速电压增大 其他量不变 则x增大B 仅匀强磁场增强 其他量不变 则x增大C 仅粒子的质量增大 其他量不变 则x增大D 仅粒子的电荷量增加 其他量不变 则x增大 答案 AC 考点突破5 如图Z6 15所示 左半部分为速度选择器 右半部分为匀强偏转电场 一束同位素离子流从狭缝S1射入速度选择器 能够沿直线通过速度选择器并从狭缝S2射出的离子 又沿着与电场垂直的方向 立即进入电场强度大小为E的偏转电场 最后打在照相底片D上 已知同位素离子的电荷量为q q 0 速度选择器内部存在着相互垂直的电场强度大小为E0的匀强电场和磁感应强度大小为B0的匀强磁场 照相底片D与狭缝S1 S2的连线平行且距离为L 忽略重力的影响 1 求从狭缝S2射出的离子速度v0的大小 2 若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度v0方向飞行的距离为x 求x与离子质量m之间的关系式 用E0 B0 E q m L表示 图Z6 15 突破6 回旋加速器 1 构造 如图Z6 16所示 D1 D2是半圆形金属盒 D形盒的缝隙处接交流电源 D形盒处于匀强磁场中 图Z6 16 子经电场加速 经磁场回旋 由qvB 2 原理 交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等 粒 mv2r 得Ekm q2B2r22m 可 见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和 D 形盒的半径r决定 与加速电压无关 典题6 2017年四川绵阳高三月考 如图Z6 17所示 回旋加速器的核心部分是真空室中的两个相距很近的 D 形金属盒 把它们放在匀强磁场中 磁场方向垂直于盒面向下 连接好高频交流电源后 两盒间的窄缝中能形成匀强电场 带电粒子在磁场中做圆周运动 每次通过两盒间的窄缝时都能被加速 直到达到最大圆周半径时通过特殊装置引出 如果用同一回旋加 流电源的周期和引出时的最大动能 下列说法正确的是 A 加速氚核的交流电源的周期较大 氚核获得的最大动能较大B 加速氚核的交流电源的周期较小 氚核获得的最大动能较大C 加速氚核的交流电源的周期较大 氚核获得的最大动能较小D 加速氚核的交流电源的周期较小 氚 核获得的最大动能较小 图Z6 17 答案 C 考点突破6 多选 回旋加速器的工作原理图如图Z6 18甲所示 D1和D2是两个中空的半圆形金属盒 它们之间有一定的电势差 A处的粒子源产生的带电粒子 在两盒之间被电场加速 两半圆形金属盒处于与盒面垂直的匀强磁场中 所以粒子在半圆形金属盒中做匀速圆周运动 若带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示 不计带电粒子在电场中的加速时间 不考虑由相对论效应带来的影响 下列判断 正确的是 甲 乙 A 在Ek t图中应该有tn 1 tn tn tn 1B 在Ek t图中应该有tn 1 tn tn tn 1C 在Ek t图中应该有En 1 En En En 1D 在Ek t图中应该有En 1 En En En 1 图Z6 18 解析 根据带电粒子在匀强磁场中运动的周期与速度无关可知 在Ek t图中应该有tn 1 tn tn tn 1 选项A正确 B错误 由于带电粒子在电场中加速 电场力做功相等 所以在Ek t图中应该有En 1 En En En 1 选项C正确 D错误 答案 AC