2022版高考物理一轮复习-第九章-磁场-专题强化八-带电粒子在复合场中运动的实例分析学案-新人教版.doc
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1、2022版高考物理一轮复习 第九章 磁场 专题强化八 带电粒子在复合场中运动的实例分析学案 新人教版2022版高考物理一轮复习 第九章 磁场 专题强化八 带电粒子在复合场中运动的实例分析学案 新人教版年级:姓名:- 9 -专题强化八带电粒子在复合场中运动的实例分析本专题是磁场、电场、力学等知识的综合应用,用到的知识有:动力学观点(牛顿运动定律)、运动学观点、能量观点(动能定理、能量守恒定律)、电场的观点(类平抛运动的规律)、磁场的观点(带电粒子在磁场中运动的规律)。一、电场、磁场分区域应用实例1质谱仪(1)作用测量带电粒子质量和分离同位素的仪器。(2)原理(如图所示)加速电场:qUmv2;偏转
2、磁场:qvB,l2r;由以上两式可得r ,m,。2回旋加速器(1)构造:如图所示,D1、D2是半圆形金属盒,D形盒处于匀强磁场中,D形盒的缝隙处接交流电源。(2)原理:交流电周期和粒子做圆周运动的周期相等,使粒子每经过一次D形盒缝隙,粒子被加速一次。(3)最大动能:由qvmB、Ekmmv得Ekm,粒子获得的最大动能由磁感应强度B和盒半径R决定,与加速电压无关。(4)总时间:粒子在磁场中运动一个周期,被电场加速两次,每次增加动能qU,加速次数n,粒子在磁场中运动的总时间tT。例1现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子,其示意图如图所示,其中加速电压恒定。质子(H)在入口处从静止开始被电场加速,
3、经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若换作粒子(He)在入口处从静止开始被同一电场加速,为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场,需将磁感应强度增加到原来的倍数是(B)ABC2D解析粒子在加速电场中加速,由动能定理qUmv20,则v ,粒子在磁场中做匀速圆周运动,有qvBm,解得B ,设质子质量为m,电荷量为e,则粒子质量为4m,电荷量为2e,为使质子和粒子在入口处从静止开始被同一电场加速,经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场,则半径r应保持不变,所需要的匀强磁场的磁感应强度B B,故选项B正确。例2(2021河南名校联考)(多选)如图所示为一种改进后的回旋加速器示意图,其中盒缝间的加速电场场强
4、大小恒定,且被限制在AC板间,虚线中间不需加电场,带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动,对这种改进后的回旋加速器,下列说法正确的是(BD)A加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关B带电粒子每运动一周被加速一次C带电粒子每一次被加速后在磁场中做圆周运动的直径增加量相同,即P1P2等于P2P3D加速电场方向不需要做周期性的变化解析本题考查改进的回旋加速器及其相关知识。根据Bqv有v,所以带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与速度成正比,所以加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关,选项A错误;由于图示中虚线中间不加电场,则带电粒子每运动一
5、周被加速一次,选项B正确;根据动能定理,经第一次加速后粒子速度为v1,有qUmvmv,经第二次加速后粒子速度为v2,有qUmvmv,同理有qUmvmv,而轨迹半径r,所以P1P22(r2r1),P2P3,又vvvv,所以1,即v2v1v3v2,可知P1P2大于P2P3,选项C错误;带电粒子每一次都从同一方向经过电场,所以加速电场方向不需要做周期性的变化,选项D正确。二、电场、磁场同区域并存的实例共同特点:当带电粒子(不计重力)在复合场中做匀速直线运动时,qvBqE。1速度选择器(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直。(如图)(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qvBqE,
6、即v。(3)速度选择器只能选择粒子的速度,不能选择粒子的电性、电荷量、质量。(4)速度选择器具有单向性。2磁流体发电机(1)原理:如图所示,等离子体喷入磁场,正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在B、A板上,产生电势差,它可以把离子的动能通过磁场转化为电能。(2)电源正、负极判断:根据左手定则可判断出图中的B是发电机的正极。(3)电源电动势U:设A、B平行金属板的面积为S,两极板间的距离为l,磁场磁感应强度为B,等离子体的电阻率为,喷入气体的速度为v,板外电阻为R。当正、负离子所受电场力和洛伦兹力平衡时,两极板间达到的最大电势差为U(即电源电动势),则 qqvB,即UBlv。(4)电源内
7、阻:r。(5)回路电流:I。3电磁流量计(1)流量(Q)的定义:单位时间流过导管某一截面的导电液体的体积。(2)公式:QSv;S为导管的横截面积,v是导电液体的流速。(3)导电液体的流速(v)的计算如图所示,一圆柱形导管直径为d,用非磁性材料制成,其中有可以导电的液体向右流动。导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下发生偏转,使a、b间出现电势差,当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时,a、b间的电势差(U)达到最大,由qqvB,可得v。(4)流量的表达式:QSv。(5)电势高低的判断:根据左手定则可得ab。4霍尔效应的原理与分析(1)定义:高为h、宽为d的导体(自由电荷是电子或正电荷
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