2019年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 微專題11 帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的實(shí)例分析學(xué)案(新人教版)

1、微專題11 帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的實(shí)例分析質(zhì)譜儀的原理和分析1作用測量帶電粒子質(zhì)量和分離同位素的儀器2原理(如圖所示)加速電場：qUmv2；偏轉(zhuǎn)磁場；qvB，l2r；由以上兩式可得r ，m，.1.(2017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)造原理如圖所示，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(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場，最終打到底片上，測得甲、乙兩粒子打在底片上的點(diǎn)到入射點(diǎn)的距離之比為32，則甲、乙兩粒子的質(zhì)量之比是()A23BCD94解析：選D在加速電場中由Uqmv2得v，在勻強(qiáng)磁場中由qvB得R，聯(lián)立解得m，則甲

2、、乙兩粒子的質(zhì)量之比為m甲m乙DD94.2.(2017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)造原理如圖所示粒子源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(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，沿著半圓運(yùn)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，則下列說法正確的是()A對于給定的帶電粒子，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時，加速電壓U越大，粒子在磁場中運(yùn)動的時間越長B對于給定的帶電粒子，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時，加速電壓U越大，粒子在磁場中運(yùn)動的時間越短C當(dāng)加速電壓U和磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定時，x越大，帶電粒子的

3、比荷越大D當(dāng)加速電壓U和磁感應(yīng)強(qiáng)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Uqmv2得v，在勻強(qiáng)磁場中由qvB得R，且R，聯(lián)立解得，所以當(dāng)加速電壓U和磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)動的時間t，與加速電壓U無關(guān)，A、B錯誤回旋加速器的原理和分析1加速條件：T電場T回旋.2磁場約束偏轉(zhuǎn)：qvBv.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回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

4、，周期不變，最大動能與D形盒的半徑有關(guān)3.(2018宜興模擬)(多選)回旋加速器的工作原理示意圖如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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，若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子在加速器中被加速，下列說法正確的是()A若只增大交流電壓U，則質(zhì)子獲得的最大動能增大B若只增大交流電壓U，則質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)動的時間會變短C若磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大，交流電頻率f必須適當(dāng)增大，回旋加速器才能正常工作D不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f，該回旋加速器也能用于加速粒子解析：選BC當(dāng)質(zhì)子從D形盒中射出時速度最大，根據(jù)qvmBm，得vm，則質(zhì)子獲得

5、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，可知若只增大交流電壓U，不會改變質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)動的周期，但加速次數(shù)會減少，則質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)動的時間變短，故B正確；根據(jù)T，可知若磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大，則T減小，只有當(dāng)交流電頻率f適當(dāng)增大，回旋加速器才能正常工作，故C正確；帶電粒子在磁場中運(yùn)動的周期與在加速電場中運(yùn)動的周期相等，根據(jù)T知，換用粒子，粒子的比荷變化，在磁場中運(yùn)動的周期變化，回旋加速器需改變交流電的頻率才能用于加速粒子，故D錯誤4(2018河北保定聯(lián)考)回旋加速器的工作原理如圖所示，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(qiáng)度為B

6、的勻強(qiáng)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(jìn)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(yùn)動，依據(jù)牛頓第二定律有Bqvm，交變電壓的頻率應(yīng)與粒子做圓周運(yùn)動的頻率相等，則f，聯(lián)立可得交變電壓的頻率f.(2)帶電粒子在D2盒中第n個半圓軌跡是帶電粒子被加速(2n1)次后的運(yùn)動軌跡，設(shè)其被加速(2n1)次后的速度為vn，由動

7、能定理得(2n1)qUmv，此后帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，設(shè)軌跡半徑為rn，由牛頓第二定律得Bqvnm，解得rn .答案：(1)(2) 霍爾效應(yīng)的原理和分析1定義：高為h，寬為d的金屬導(dǎo)體(自由電荷是電子)置于勻強(qiáng)磁場B中，當(dāng)電流通過金屬導(dǎo)體時，在金屬導(dǎo)體的上表面A和下表面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電勢高低的判斷：如圖所示，金屬導(dǎo)體中的電流I向右時，根據(jù)左手定則可得，下表面A的電勢高3霍爾電壓的計算：導(dǎo)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(dāng)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qvBq，Inq

8、vS，Shd；聯(lián)立得Uk，k稱為霍爾系數(shù)5(2018浙江嘉興一中測試)如圖所示，X1、X2，Y1、Y2，Z1、Z2分別表示導(dǎo)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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)電流I通過導(dǎo)體板時，在導(dǎo)體板的兩側(cè)面之間產(chǎn)生霍耳電壓UH.已知電流I與導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n、電子電荷量e、導(dǎo)體橫截面積S和電子定向移動速度v之間的關(guān)系為IneSv.實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)體板尺寸、電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B保持不變，下列說法正確的是()A導(dǎo)體內(nèi)自由電子只受洛倫茲力作用BUH存在于導(dǎo)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R求得導(dǎo)體X

9、1、X2兩面間的電阻解析：選C由于磁場的作用，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)生了勻強(qiáng)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：qvBqE，其中：E(d為Y1、Y2平面之間的距離)根據(jù)題意，有：IneSv，聯(lián)立得到：UHBvdBd，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UHBd，與導(dǎo)體的電阻無關(guān)，故D錯誤6(2017南陽期末)(多選)一塊橫截面為矩形的金屬導(dǎo)體的寬度為b、厚度為d，將導(dǎo)體置

10、于一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于側(cè)面，如圖所示當(dāng)在導(dǎo)體中通以圖示方向的電流I時，在導(dǎo)體的上、下表面間用電壓表測得的電壓為UH，已知自由電子的電荷量為e，則下列判斷正確的是()A用電壓表測UH時，電壓表的“”接線柱接下表面B導(dǎo)體內(nèi)自由電子只受洛倫茲力作用C該導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為D金屬導(dǎo)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，則電子向左移動，根據(jù)左手定則可知，電子向上表面偏轉(zhuǎn)，則上表面得到電子帶負(fù)電，下表面帶正電，所以電壓表的“”接線柱接下表面，故A正確；定向移動的電子受到洛倫茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在導(dǎo)體的上、下表面間形成電勢差，最終電子在

11、電場力和洛倫茲力作用下處于平衡，故B錯誤；根據(jù)eeBv，再由IneSvnebdv，聯(lián)立得導(dǎo)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，則UH大小與金屬導(dǎo)體的厚度d無關(guān)，故D錯誤速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)和電磁流量計裝置原理圖規(guī)律速度選擇器若qv0BEq，即v0，粒子做勻速直線運(yùn)動磁流體發(fā)電機(jī)等離子體射入，受洛倫茲力偏轉(zhuǎn)，使兩極板帶正、負(fù)電荷，兩極板間電壓為U時穩(wěn)定，qqv0B，Uv0Bd電磁流量計qqvB，所以v，所以流量QvS()27(2018江西五校聯(lián)考)(多選)如圖所示，含有H(氕核)、H(氘核)、He(氦核)的帶電粒子束從小孔O1處射入速度選擇器，沿直線O1O2運(yùn)動的粒子在

12、小孔O2處射出后垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場，最終打在P1、P2兩點(diǎn)則()A打在P1點(diǎn)的粒子是HeB打在P2點(diǎn)的粒子是H和HeCO2P2的長度是O2P1長度的2倍D粒子在偏轉(zhuǎn)磁場中運(yùn)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qvB1Eq，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粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)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，則做圓周運(yùn)動的軌跡半徑越小，所以打在P1點(diǎn)的粒子是H，打在P2點(diǎn)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

13、跡半徑是H和He的軌跡半徑的，即O2P2的長度是O2P1長度的2倍，故C正確；粒子運(yùn)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，則粒子在偏轉(zhuǎn)磁場中運(yùn)動的時間不相等，故D錯誤8.(多選)如圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)的原理圖金屬板M、N之間的距離為d20 cm，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B5 T，方向垂直紙面向里現(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(fù)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P100 W的燈泡正常發(fā)光，且此時燈泡電阻為R100 ，不計離子重力和發(fā)電機(jī)內(nèi)阻，且認(rèn)為離子均為一價離子，則下列說法中正確的是()A金屬板M上聚集負(fù)電荷，

14、金屬板N上聚集正電荷B該發(fā)電機(jī)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6.251018個離子打在金屬板N上解析：選BD由左手定則可知，射入的等離子體中正離子將向金屬板M偏轉(zhuǎn)，負(fù)離子將向金屬板N偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)A錯誤；由于不考慮發(fā)電機(jī)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EU100 V，選項(xiàng)B正確；由Bqvq可得v100 m/s，選項(xiàng)C錯誤；每秒鐘經(jīng)過燈泡L的電荷量QIt，而I 1A，所以Q1 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n6.251018(個)，選項(xiàng)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(diǎn)的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖所示由于血液中的正負(fù)離子隨血液一起在磁場中運(yùn)動，電極a、b之間會有微小電勢差在達(dá)到平衡時，血管內(nèi)部的電場可看做是勻強(qiáng)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，