新高考物理大一輪復習微專題11帶電粒子在復合場中運動的實例分析學案新人教版

1、新高考物理大一輪復習微專題11帶電粒子在復合場中運動的實例分析學案新人教版質(zhì)譜儀的原理和分析1. 作用 測量帶電粒子質(zhì)量和別離同位素的儀器.2 .原理如下列圖加速電場：qU= mv2偏轉(zhuǎn)磁場；qvB=, l = 2r;由以上兩式可得r =,im=,=.1. 2022 安徽馬鞍山一模質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具.它的構(gòu)造原理如下列圖，粒子源S發(fā)出兩種帶 正電的同位素粒子甲、乙，速度都很小，可忽略不計.粒子經(jīng)過電場 加速后垂直進入有界勻強磁場，最終打到底片上，測得甲、乙兩粒子 打在底片上的點到入射點的距離之比為 3 : 2,那么甲、乙兩粒子的質(zhì)量 之比是B. : 3A. 2

2、：3D. 9 ：4C.：解析：選D在加速電場中由Uq= mv2得v =，在勻強磁場中由 qvB=得R= = ,聯(lián)立解得mF,那么甲、乙兩粒子的質(zhì)量之比為 m甲：m乙=D - D= 9 : 4.2. 2022 陜西渭南一模質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如下列圖.粒子源S產(chǎn)生一個質(zhì)量為m電荷量為q的帶正電的粒子，粒子的初速度很小，可以看成 是靜止的，粒子經(jīng)過電壓 U加速進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中， 沿著半圓運動軌跡打到底片P上，測得它在P上的位置到入口處S1的 距離為x，那么以下說法正確的選項是()A. 對于給定的帶電粒子，當磁感應(yīng)強度B不變時，加速電壓U越

3、大，粒子在磁場中運動的時間越長B. 對于給定的帶電粒子，當磁感應(yīng)強度B不變時，加速電壓U越大，粒子在磁場中運動的時間越短C. 當加速電壓U和磁感應(yīng)強度B一定時，x越大，帶電粒子的比荷越大D. 當加速電壓U和磁感應(yīng)強度B一定時，x越大，帶電粒子的比荷越小 解析：選D在加速電場中由Uq= mv2得v =，在勻強磁場中由 qvB =得R=，且R=，聯(lián)立解得=，所以當加速電壓 U和磁感應(yīng)強度 B 一定時，x越大，帶電粒子的比荷越小，C錯誤，D正確.粒子在磁 場中運動的時間t =，與加速電壓U無關(guān)，A B錯誤.盤旋加速器的原理和分析1. 加速條件：T電場=T盤旋=.2. 磁場約束偏轉(zhuǎn)：qvB= ? v=

4、.3. 帶電粒子的最大速度vmax=, rD為D形盒的半徑.粒子的最 大速度vmax與加速電壓U無關(guān).4. 盤旋加速器的解題思路(1) 帶電粒子在縫隙的電場中加速、交變電流的周期與磁場周期相等，每經(jīng)過磁場一次，粒子加速一次.(2) 帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)、 半徑不斷增大， 周期不變， 最大動能與 D 形盒的半徑有關(guān)3. 2022 宜興模擬多項選擇盤旋加速器的工作原理示意圖 如下列圖，磁感應(yīng)強度為 B 的勻強磁場與盒面垂直， 兩盒間的狹縫很小， 粒子穿過其的時間可忽略，它們接在電壓為 U頻率為f的交流電源 上，假設(shè)A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子在加速器中被加速， 以下說法正確的選項是 A. 假設(shè)只增大交流電

5、壓U,那么質(zhì)子獲得的最大動能增大B. 假設(shè)只增大交流電壓U,那么質(zhì)子在盤旋加速器中運動的時間會變短C. 假設(shè)磁感應(yīng)強度B增大，交流電頻率f必須適當增大，盤旋加速器才能正常工作D. 不改變磁感應(yīng)強度B和交流電頻率f,該盤旋加速器也能用于加速a粒子 解析：選BC當質(zhì)子從D形盒中射出時速度最大，根據(jù)qvmB= m, 得vm=，那么質(zhì)子獲得的最大動能Ekm=,質(zhì)子的最大動能與交流電壓 U無關(guān)，故A錯誤；根據(jù)T=,可知假設(shè)只增大交流電壓 U,不會改變 質(zhì)子在盤旋加速器中運動的周期, 但加速次數(shù)會減少, 那么質(zhì)子在盤旋 加速器中運動的時間變短，故 B正確；根據(jù)T=，可知假設(shè)磁感應(yīng)強 度B增大，那么T減小，

6、只有當交流電頻率f適當增大，盤旋加速器才 能正常工作，故C正確；帶電粒子在磁場中運動的周期與在加速電場 中運動的周期相等，根據(jù)T=知，換用a粒子，粒子的比荷變化，在 磁場中運動的周期變化, 盤旋加速器需改變交流電的頻率才能用于加 速a粒子，故D錯誤.4. 2022 河北保定聯(lián)考 盤旋加速器的工作原理如下列圖, D1、D2 是兩個中空的半圓形金屬扁盒, 它們接在高頻交流電源上, 磁感應(yīng)強 度為B的勻強磁場與盒面垂直.在D1盒中心A處有粒子源，產(chǎn)生質(zhì)量 為m電荷量為+ q的帶正電粒子(初速度不計)，在兩盒之間被電場加 速后進入D2盒中，加速電壓為U.兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過 的時間可以忽略不

7、計，加速過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力作用.(1)為使粒子每次經(jīng)過狹縫都被加速，求交變電壓的頻率；(2)帶電粒子在D2盒中第n個半圓軌跡的半徑.解析：(1)帶電粒子在D形盒內(nèi)做圓周運動，依據(jù)牛頓第二定律有Bqv= m交變電壓的頻率應(yīng)與粒子做圓周運動的頻率相等，那么f =,聯(lián)立可得交變電壓的頻率f =. 帶電粒子在D2盒中第n個半圓軌跡是帶電粒子被加速(2n -1)次后的運動軌跡， 設(shè)其被加速(2n-1)次后的速度為vn,由動能定理得(2n 1)qU= mv,此后帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，設(shè)軌跡半徑為rn ,由牛頓第二定律得Bqvn= m解得rn =.答案：(2). 2 2n 1 mU霍爾效

8、應(yīng)的原理和分析1. 定義：高為h,寬為d的金屬導體(自由電荷是電子)置于勻強 磁場B中，當電流通過金屬導體時，在金屬導體的上外表A和下外表 A之間產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，此電壓稱為霍爾電壓.2. 電勢上下的判斷：如下列圖，金屬導體中的電流I向右時，根據(jù)左手定那么可得，下外表 A的電勢高.3. 霍爾電壓的計算：導體中的自由電荷(電子)在洛倫茲力作用下 偏轉(zhuǎn)，A A間出現(xiàn)電勢差，當自由電荷所受靜電力和洛倫茲力平衡 時，A、A間的電勢差U就保持穩(wěn)定，由qvB= q, I = nqvS, S= hd;聯(lián)立得U= = k, k=稱為霍爾系數(shù).5. 2022 浙江嘉興一中測試如下列圖，XI、X2

9、, Y1、Y2, Z1、Z2 分別表示導體板左、 右,上、下,前、后六個側(cè)面, 將其置于垂直 Z1、 Z2面向外、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，當電流I通過導體板時， 在導體板的兩側(cè)面之間產(chǎn)生霍耳電壓 UH.電流I與導體單位體積 內(nèi)的自由電子數(shù)n、電子電荷量e、導體橫截面積S和電子定向移動速 度v之間的關(guān)系為I= neSv.實驗中導體板尺寸、電流I和磁感應(yīng)強度B保持不變，以下說法正確的選項是A. 導體內(nèi)自由電子只受洛倫茲力作用B. UH存在于導體的Z1、Z2兩面之間C. 單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n越大，UH越小D. 通過測量UH可用只=求得導體X1、X2兩面間的電阻 解析：選C由于磁場的作用，電子

10、受洛倫茲力，向 Y2面聚集， 在Y1、Y2平面之間累積電荷，在 Y1、Y2之間產(chǎn)生了勻強電場，故電 子也受電場力，故A錯誤；電子受洛倫茲力，向 Y2面聚集，在Y1、 Y2平面之間累積電荷，在 Y1、Y2之間產(chǎn)生了電勢差UH故B錯誤； 電子在電場力和洛倫茲力的作用下處于平衡狀態(tài)，有: qvB= qE,其中：E= d為Y1、Y2平面之間的距離根據(jù)題意，有:I = neSv,聯(lián)立得到： UH= Bvd= Bd,故單位體積內(nèi)的自由電子數(shù) n越大，UH越小，故C 正確；由于UH= Bd,與導體的電阻無關(guān)，故 D錯誤.6. 2022 南陽期末 多項選擇一塊橫截面為矩形的金屬導體的寬度為b、厚度為d,將導體

11、置于一磁感應(yīng)強度為 B的勻強磁場中， 磁感應(yīng)強度的方向垂直于側(cè)面, 如下列圖. 當在導體中通以圖示方向的電流I時，在導體的上、下外表間用電壓表測得的電壓為 UH自 由電子的電荷量為e,那么以下判斷正確的選項是A. 用電壓表測UH時，電壓表的“ + 接線柱接下外表B. 導體內(nèi)自由電子只受洛倫茲力作用C.該導體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為BIebUHD.金屬導體的厚度d越大，UH越小 解析：選AC由題圖可知，磁場方向向里，電流方向向右，那么電 子向左移動，根據(jù)左手定那么可知，電子向上外表偏轉(zhuǎn)，那么上外表得到 電子帶負電，下外表帶正電，所以電壓表的“ + 接線柱接下外表， 故A正確；定向移動的電子受到洛

12、倫茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在導體的上、下 外表間形成電勢差，最終電子在電場力和洛倫茲力作用下處于平衡， 故B錯誤；根據(jù)e = eBv,再由I = neSv= nebdv,聯(lián)立得導體單位體積 內(nèi)的自由電子數(shù)n=,故C正確；同理，聯(lián)立可得UH=,那么UH大小與 金屬導體的厚度d無關(guān)，故D錯誤.速度選擇器、磁流體發(fā)電機和電磁流量計裝置原理圖規(guī)律速度選擇器1 1XXMX%RXXXX6-假設(shè)qvoB= Eq,即卩vo=B，粒子做勻速直線運動磁流體發(fā)電機X乜XXX 其*iII等離子體射入，受洛倫茲力偏轉(zhuǎn)，使兩極板帶正、U負電荷，兩極板間電壓為 U時穩(wěn)定，q= qvB, U=vBd電磁流量計祐% J 9UUU D 2

13、Dq= qvB,所以v =品 所以流量Q= vS=DBn2n UD=4B7. 2022 江西五校聯(lián)考多項選擇如下列圖，含有H氕核、H氘核、He氦核的帶電粒子束從小孔01處射入速度選擇器，沿直線0102運動的粒子在小孔02處射出后垂直進入偏轉(zhuǎn)磁場，最終打在 P1、P2兩點.那么A. 打在P1點的粒子是HeB. 打在P2點的粒子是H和HeC. 02P2勺長度是 02P1長度的2倍D. 粒子在偏轉(zhuǎn)磁場中運動的時間都相等解析：選 BC 帶電粒子在沿直線通過速度選擇器時，粒子所受 的電場力與它受到的洛倫茲力大小相等、方向相反，即qvB1= Eq,所以v=，可知從速度選擇器中射出的粒子具有相同的速度.帶電

14、粒 子在磁場中做勻速圓周運動，由洛倫茲力提供向心力有qvB2=，所以r =，可知粒子的比荷越大，那么做圓周運動的軌跡半徑越小，所以 打在P1點的粒子是H,打在P2點的粒子是H和He,故A錯誤，B正 確；由題中的數(shù)據(jù)可得H的比荷是H和He的比荷的2倍，所以H的 軌跡半徑是H和He的軌跡半徑的，即O2P2的長度是02P1長度的2 倍，故C正確；粒子運動的周期T=，三種粒子的比荷不相同，周 期不相等,偏轉(zhuǎn)角相同,那么粒子在偏轉(zhuǎn)磁場中運動的時間不相等,故 D錯誤.8. 多項選擇如下列圖為磁流體發(fā)電機的原理圖.金屬板 M N之 間的距離為d = 20 cm,磁場的磁感應(yīng)強度大小為 B= 5 T,方向垂直

15、 紙面向里.現(xiàn)將一束等離子體 即高溫下電離的氣體,含有大量帶正 電和帶負電的微粒,整體呈中性 從左側(cè)噴射入磁場,發(fā)現(xiàn)在 M、N 兩 板間接入的額定功率為P= 100 W的燈泡正常發(fā)光，且此時燈泡電阻 為R= 100 Q,不計離子重力和發(fā)電機內(nèi)阻，且認為離子均為一價離 子,那么以下說法中正確的選項是 A.金屬板M上聚集負電荷，金屬板N上聚集正電荷B. 該發(fā)電機的電動勢為100 VC. 離子從左側(cè)噴射入磁場的初速度大小為 103 m/sD. 每秒鐘有6.25 X 1018個離子打在金屬板N上解析：選 BD 由左手定那么可知，射入的等離子體中正離子將向 金屬板M偏轉(zhuǎn)，負離子將向金屬板N偏轉(zhuǎn)，選項A錯

16、誤；由于不考慮 發(fā)電機的內(nèi)阻， 由閉合電路歐姆定律可知， 電源的電動勢等于電源的 路端電壓，所以E= U= 100 V,選項B正確；由Bqv= q可得v = 100 m/s,選項C錯誤；每秒鐘經(jīng)過燈泡L的電荷量Q= It，而I = 1A,所以Q= 1 C,由于離子為一價離子，所以每秒鐘打在金屬板N上的離子個數(shù)為n = = = 6.25 X 1018(個)，選項D正確.9. 醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時,利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的 血流速度.電磁血流計由一對電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成，磁極 間的磁場是均勻的.使用時,兩電極 a、b 均與血管壁接觸,兩觸點 的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如下列圖.由于血液中的 正負離子隨血液一起在磁場中運動，電極a、b 之間會有微小電勢差.在到達平衡時，血管內(nèi)部的電場可看做是勻強電場，血液中的離 子所受的電場力和磁場力的合力為零. 在某次監(jiān)測中， 兩觸點間的距 離為3.0 m