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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 新高考物理大一轮复习微专题11 带电粒子在复合场中运动的实例分析学案新人教版质谱仪的原理和分析 1作用 测量带电粒子质量和别离同位素的仪器2原理 如下图 加速电场： qUmv2；偏转磁场； qvB,l 2r ；由以上两式可得 r ,m,.1.2022 安徽马鞍山一模 质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具 它的构造原理如下图, 粒子源 S发出两种带 正电的同位素粒子甲、乙,速度都很小,可忽视不计粒子经过电场 加速后垂直进入有界匀强磁场,最终打究竟片上,测得甲、乙两粒子打在底片上的点到入射点的距离之比为32,就甲、乙两粒子的质量 之比
2、是 B3A23CD94解析：选 D 在加速电场中由Uqmv2得 v,在匀强磁场中由qvB得 R,联立解得 m,就甲、乙两粒子的质量之比为 m甲m乙DD94.2.2022 陕西渭南一模 质谱仪是一种测定带电粒子的质量和分析同位素的重要工具, 它的构造原理如下图 粒子源 S产生一个质1 / 9名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 量为 m、电荷量为 q 的带正电的粒子,粒子的初速度很小,可以看成是静止的,粒子经过电压U加速进入磁感应强度为B的匀强磁场中,沿着半圆运动轨迹打究竟片P上,测得它在 P上的位置到入口处 S1的距离为
3、 x,就以下说法正确的选项是 A对于给定的带电粒子, 当磁感应强度 B不变时,加速电压 U越 大,粒子在磁场中运动的时间越长 B对于给定的带电粒子, 当磁感应强度 B不变时,加速电压 U越 大,粒子在磁场中运动的时间越短 C当加速电压 U和磁感应强度 B肯定时,x 越大,带电粒子的比 荷越大 D当加速电压 U和磁感应强度 B肯定时,x 越大,带电粒子的比 荷越小解析：选 D 在加速电场中由Uqmv2得 v,在匀强磁场中由qvB得 R,且 R,联立解得,所以当加速电压 U和磁感应强度 B肯定时, x 越大,带电粒子的比荷越小, C错误,D正确粒子在磁场中运动的时间t ,与加速电压U无关, A、B
4、错误回旋加速器的原理和分析 1加速条件： T 电场 T 回旋 . 2磁场约束偏转： qvB. v.3带电粒子的最大速度vmax,rD 为 D形盒的半径粒子的最 大速度 vmax与加速电压 U无关4回旋加速器的解题思路1 带电粒子在缝隙的电场中加速、交变电流的周期与磁场周期 相等,每经过磁场一次,粒子加速一次2 带电粒子在磁场中偏转、 半径不断增大, 周期不变,最大动能2 / 9名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 与 D形盒的半径有关3.2022 宜兴模拟 多项挑选 回旋加速器的工作原理示意图如下图,磁感应强度为 B的匀
5、强磁场与盒面垂直, 两盒间的狭缝很小,粒子穿过其的时间可忽视,它们接在电压为U、频率为 f 的沟通电源上,假设 A处粒子源产生的质子在加速器中被加速,以下说法正确的选项是 A假设只增大沟通电压U,就质子获得的最大动能增大B假设只增大沟通电压 U,就质子在回旋加速器中运动的时间会变短C假设磁感应强度 B增大,沟通电频率 f 必需适当增大, 回旋加速器才能正常工作D不转变磁感应强度B和沟通电频率 f ,该回旋加速器也能用于 加速 粒子解析：选 BC 当质子从 D形盒中射出时速度最大, 依据 qvmBm,得 vm,就质子获得的最大动能Ekm,质子的最大动能与沟通电压U无关,故 A错误；依据 T,可知
6、假设只增大沟通电压 U,不会转变质子在回旋加速器中运动的周期,但加速次数会削减, 就质子在回旋加速器中运动的时间变短,故 B 正确；依据 T,可知假设磁感应强度 B增大,就 T 减小,只有当沟通电频率f 适当增大,回旋加速器才能正常工作, 故 C正确；带电粒子在磁场中运动的周期与在加速电场 中运动的周期相等, 依据 T知,换用 粒子,粒子的比荷变化, 在 磁场中运动的周期变化, 回旋加速器需转变沟通电的频率才能用于加 速 粒子,故 D错误42022 河北保定联考 回旋加速器的工作原理如下图, D1、D2是两个中空的半圆形金属扁盒,它们接在高频沟通电源上, 磁感应强3 / 9名师归纳总结 - -
7、 - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 度为 B的匀强磁场与盒面垂直 在 D1盒中心 A处有粒子源,产生质量为 m、电荷量为 q 的带正电粒子 初速度不计 ,在两盒之间被电场加速后进入 D2盒中,加速电压为U.两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽视不计,加速过程中不考虑相对论效应和重力作用1 为使粒子每次经过狭缝都被加速,求交变电压的频率；2 带电粒子在 D2盒中第 n 个半圆轨迹的半径解析：1 带电粒子在 D形盒内做圆周运动, 依据牛顿其次定律有 Bqvm,交变电压的频率应与粒子做圆周运动的频率相等,就 f ,f . 联立可得交变电压
8、的频率 2 带电粒子在 D2盒中第 n 个半圆轨迹是带电粒子被加速 2n 1 次后的运动轨迹,设其被加速 2n 1 次后的速度为 vn,由动能定理得 2n 1qUmv,此后带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,设轨迹半径为 rn ,由牛顿其次定律得 Bqvnm,解得 rn .答案：12 22n1mUq霍尔效应的原理和分析 1定义：高为 h,宽为 d 的金属导体 自由电荷是电子 置于匀强 磁场 B中,当电流通过金属导体时, 在金属导体的上外表 A 和下外表 A 之间产生电势差, 这种现象称为霍尔效应, 此电压称为霍尔电压2电势高低的判定： 如下图,金属导体中的电流I 向右时,依据左手定就可得,下外表
9、A 的电势高3霍尔电压的运算：导体中的自由电荷 电子 在洛伦兹力作用下4 / 9名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 偏转,A、A 间显现电势差,当自由电荷所受静电力和洛伦兹力平稳 时,A、A 间的电势差 U 就保持稳固, 由 qvBq,I nqvS,Shd；联立得 Uk,k称为霍尔系数52022 浙江嘉兴一中测试 如下图,X1、X2,Y1、Y2,Z1、Z2 分别表示导体板左、 右,上、下,前、后六个侧面, 将其置于垂直 Z1、Z2 面对外、磁感应强度为B的匀强磁场中,当电流I 通过导体板时,在导体板的两侧面之间产生霍耳
10、电压UH.已知电流 I 与导体单位体积内的自由电子数 n、电子电荷量 e、导体横截面积 S和电子定向移动速 度 v 之间的关系为 I neSv.试验中导体板尺寸、电流 I 和磁感应强度B保持不变,以下说法正确的选项是 A导体内自由电子只受洛伦兹力作用 BUH存在于导体的 Z1、Z2 两面之间C单位体积内的自由电子数n 越大, UH越小D通过测量 UH,可用 R求得导体 X1、X2两面间的电阻 解析：选 C 由于磁场的作用,电子受洛伦兹力,向 Y2面集合,在 Y1、Y2 平面之间累积电荷,在Y1、Y2之间产生了匀强电场,故电子也受电场力,故 A错误；电子受洛伦兹力,向 Y2面集合,在 Y1、Y2
11、平面之间累积电荷,在 Y1、Y2 之间产生了电势差 UH,故 B 错误；电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平稳状态,有：qvBqE,其中：Ed 为 Y1、Y2平面之间的距离 依据题意,有：I neSv,联立得到：UHBvdBd,故单位体积内的自由电子数n 越大, UH越小,故 C正确；由于 UHBd,与导体的电阻无关,故 D错误62022 南阳期末 多项挑选 一块横截面为矩形的金属导体的宽度为 b、厚度为 d,将导体置于一磁感应强度为 B的匀强磁场中,磁感应强度的方向垂直于侧面,如下图当在导体中通以图示方向的5 / 9名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 9 页精选学习资料
12、- - - - - - - - - 电流 I 时,在导体的上、 下外表间用电压表测得的电压为 UH,已知自由电子的电荷量为e,就以下判定正确的选项是 A用电压表测 UH时,电压表的“ ” 接线柱接下外表 B导体内自由电子只受洛伦兹力作用 BI C该导体单位体积内的自由电子数为 ebUHD金属导体的厚度 d 越大, UH越小 解析：选 AC 由题图可知, 磁场方向向里, 电流方向向右, 就电 子向左移动,依据左手定就可知,电子向上外表偏转,就上外表得到电子带负电,下外表带正电,所以电压表的“ ” 接线柱接下外表,故 A正确；定向移动的电子受到洛伦兹力发生偏转,在导体的上、下 外表间形成电势差,最
13、终电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平稳,故 B错误；依据 eeBv,再由 I neSvnebdv,联立得导体单位体积 内的自由电子数 n,故 C正确；同理,联立可得 UH,就 UH大小与 金属导体的厚度 d 无关,故 D错误速度挑选器、磁流体发电机和电磁流量计装置原理图规律速度挑选器假设 qv0BEq,即 v0E B,粒子做匀速直线运动磁流体发电机等离子体射入, 受洛伦兹力偏转,使两极板带正、负电荷,两极板间电压为U时稳固, qU d qv0B,Uv0Bd U U U D 2 DqqvB,所以 vDB,所以流量 QvSDB 2 电磁流量计 UD4B 72022 江西五校联考 多项挑选 如下图,
14、含有 H氕核 、H氘核 、He氦核 的带电粒子束从小孔 6 / 9O1处射入速度挑选器, 沿直名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 线 O1O2运动的粒子在小孔 P1、P2两点就 O2处射出后垂直进入偏转磁场, 最终打在A打在 P1 点的粒子是 He B打在 P2 点的粒子是 H和 He CO2P2的长度是 O2P1长度的 2 倍 D粒子在偏转磁场中运动的时间都相等 解析：选 BC 带电粒子在沿直线通过速度挑选器时,粒子所受 的电场力与它受到的洛伦兹力大小相等、方向相反,即 qvB1Eq,所以 v,可知从速度挑选器中射出
15、的粒子具有相同的速度带电粒 子在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力供应向心力有 qvB2,所 以 r ,可知粒子的比荷越大,就做圆周运动的轨迹半径越小,所以 打在 P1点的粒子是 H,打在 P2点的粒子是 H和 He,故 A错误, B正确；由题中的数据可得H的比荷是 H和 He的比荷的 2 倍,所以 H的轨迹半径是 H 和 He的轨迹半径的,即 O2P2的长度是 O2P1长度的 2倍,故 C正确；粒子运动的周期T,三种粒子的比荷不相同,周期不相等,偏转角相同,就粒子在偏转磁场中运动的时间不相等,故 D错误8. 多项挑选 如下图为磁流体发电机的原理图金属板 M、N 之间的距离为 d20 cm,磁场
16、的磁感应强度大小为B5 T,方向垂直纸面对里现将一束等离子体 即高温下电离的气体,含有大量带正电和带负电的微粒,整体呈中性 从左侧喷射入磁场,发觉在 M、N两板间接入的额定功率为P100 W 的灯泡正常发光,且此时灯泡电阻为 R100 ,不计离子重力和发电机内阻,且认为离子均为一价离子,就以下说法中正确的选项是 A金属板 M上集合负电荷,金属板7 / 9N上集合正电荷名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - B该发电机的电动势为 100 VC离子从左侧喷射入磁场的初速度大小为 103 m/sD每秒钟有 6.25 1018 个
17、离子打在金属板 N上解析：选 BD 由左手定就可知,射入的等离子体中正离子将向金属板 M偏转,负离子将向金属板N偏转,选项 A 错误；由于不考虑发电机的内阻, 由闭合电路欧姆定律可知, 电源的电动势等于电源的 路端电压,所以 EU100 V,选项 B正确；由 Bqvq 可得 v100 m/s,选项 C错误；每秒钟经过灯泡 L 的电荷量 QIt ,而 I 1A,所以 Q1 C,由于离子为一价离子,所以每秒钟打在金属板 N 上的离子个数为 n 6.25 1018个 ,选项 D正确9医生做某些特别手术时,利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度 电磁血流计由一对电极 间的磁场是匀称的使用时,两电极a
18、和 b 以及磁极 N和 S构成,磁极 a、b 均与血管壁接触,两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直,如下图由于血液中的正负离子随血液一起在磁场中运动,电极a、b 之间会有微小电势差在到达平稳时,血管内部的电场可看做是匀强电场,血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零在某次监测中, 两触点间的距离为 3.0 mm,血管壁的厚度可忽视,两触点间的电势差为 160 V,磁感应强度的大小为 0.040 T 就血流速度的近似值和电极 a、b 的正负为 A1.3 m/s ,a 正、b 负 C1.3 m/s ,a 负、b 正B2.7 m/s ,a 正、b 负 D2.7 m/s ,a 负、b 正解析：选 A 由于正负离子在匀强磁场中垂直于磁场方向运动,利用左手定就可以判定电极a 带正电,电极 b 带负电血液流淌速度可依据离子所受的电场力和洛伦兹力的合力为 0,即 qvBqE得 v8 / 9名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.3 m /s ,A正确9 / 9名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 9 页