高考(2017年)物理總復(fù)習(xí)復(fù)合場(chǎng)中的物理模型專題練習(xí)(課件)

【例1】在圖11-6-1中所示的質(zhì)譜儀中，速度選擇器部分的勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E=1.2×105V/m，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.6T.偏轉(zhuǎn)分離器的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B′=0.8T.求：(1)能通過(guò)速度選擇器的粒子速度多大?(2)質(zhì)子和氘核進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器后打在照相底片上的距離d為多少?(質(zhì)子質(zhì)量為m)圖11-6-1第一頁(yè)第二頁(yè)，共11頁(yè)?！窘馕觥苛Ｗ油ㄟ^(guò)速度選擇器時(shí)，所受電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力方向相反、大小相等，粒子可勻速穿過(guò)速度選擇器.由于質(zhì)子和氘核以相同速度進(jìn)入磁場(chǎng)后，做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑不同，打在以不同的條紋上，本質(zhì)上來(lái)講，也就是帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，該類問(wèn)題的關(guān)鍵是連接點(diǎn)的速度.第二頁(yè)第三頁(yè)，共11頁(yè)。(1)能通過(guò)速度選擇器的離子所受電場(chǎng)力和洛倫茲力相等且反向.

即eBv=eEv=E/B=2×１０5m/s(2)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)B′后做圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力.eB′v=mv2/RR=mv/B′e

設(shè)質(zhì)子質(zhì)量為m，則氘核質(zhì)量為2m

質(zhì)子d=5×１０５m/e

氘核d=1×106m/e第三頁(yè)第四頁(yè)，共11頁(yè)。【例2】圖11-6-2所示為磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖，將氣體加熱到很高的溫度，使它成為等離子體(含有大量正、負(fù)離子)，讓它以速度v通過(guò)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，這里有間距為d的電極a和b.(1)說(shuō)明磁流體發(fā)電機(jī)的原理.(2)哪個(gè)電極為正極.(3)計(jì)算電極間的電勢(shì)差.(4)發(fā)電通道兩端的壓強(qiáng)差?第四頁(yè)第五頁(yè)，共11頁(yè)?！窘馕觥?1)帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)場(chǎng)后受到洛倫茲力的作用而向兩個(gè)極板運(yùn)動(dòng)，在兩個(gè)極板上積累的電荷越來(lái)越多，從而在兩個(gè)極板間產(chǎn)生豎直方向的電場(chǎng)，且越來(lái)越強(qiáng)，最終后來(lái)的帶電粒子受電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力平衡后，沿直線勻速通過(guò)疊加場(chǎng)，而在兩個(gè)極板間產(chǎn)生了持續(xù)的電勢(shì)差.(2)b板為電源正極.(3)根據(jù)平衡時(shí)有庫(kù)電場(chǎng)力=洛倫茲力，即Eq=Bqv，E=U/d.因此得U=Bvd(即電動(dòng)勢(shì)).第五頁(yè)第六頁(yè)，共11頁(yè)。(4)設(shè)負(fù)載電阻為R，電源內(nèi)阻不計(jì)，通道橫截面為邊長(zhǎng)等于d的正方形，入口處壓強(qiáng)為p1，出口處壓強(qiáng)為p2；當(dāng)開關(guān)閉合后，發(fā)電機(jī)的電功率為P電=U2/R=(Bdv)2/R.

根據(jù)能的轉(zhuǎn)化與守恒定律有

P電=F1v-F2v，而F1=p1S，F(xiàn)2=p2S.

所以通道兩端壓強(qiáng)差△P=p1-p2=B2v/R.第六頁(yè)第七頁(yè)，共11頁(yè)?！纠?】N個(gè)長(zhǎng)度逐個(gè)增大的金屬圓筒和一個(gè)靶，它們沿軸線排列成一串，如圖11-6-3所示.各筒和靶相間地連接到頻率為v，最大電壓為U的正弦交流電源的兩端.第七頁(yè)第八頁(yè)，共11頁(yè)。

整個(gè)裝置放在高真空容器中，圓筒的兩底面中心開有小孔，現(xiàn)有一電量為q，質(zhì)量為m的正離子沿軸線射入圓筒，并裝圓筒及靶間的縫隙處受到電場(chǎng)力的作用而加速(設(shè)筒內(nèi)部無(wú)電場(chǎng)).縫隙的寬度很小，離子穿過(guò)縫隙的時(shí)間可不計(jì)，已知離子進(jìn)入第一個(gè)圓筒左端的速度為v1，且此時(shí)第一、第二兩個(gè)圓筒間的電勢(shì)差為U1-U2=-U.為使打在靶上的離子獲得最大能量，各個(gè)圓筒的長(zhǎng)度應(yīng)滿足什么條件?并求出這種情況下打到靶上的離子的能量?第八頁(yè)第九頁(yè)，共11頁(yè)。【解析】只有當(dāng)離子在各筒內(nèi)穿過(guò)的時(shí)間都為t=T/2=1/(2

）時(shí)，離子才有可能每次通過(guò)圓筒間縫隙都被加速.這樣第一個(gè)圓筒的長(zhǎng)L1=v1t=v1/(2

）

，當(dāng)離子通過(guò)第一、二個(gè)圓筒間的縫隙時(shí)，兩筒間電壓為U，離子進(jìn)入第二個(gè)圓筒時(shí)的動(dòng)能就增加了qU，所以E2=mv21/2+qU,v2=（v21+2qU/m）第二個(gè)圓筒的長(zhǎng)度L2=v2t=[（v21+2qU/m）2]如此可知離子進(jìn)入第三個(gè)圓筒時(shí)的動(dòng)能E