nbhkdz.com冰点文库

19年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

时间:

。 。 。 内部文件,版权追溯 内部文件,版权追溯 内部文件,版权追溯 内部文件,版权追溯
微专题 11 带电粒子在复合场中运动的实例分析
质谱仪的原理和分析 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)

①加速电场:qU=12mv2; ②偏转磁场;qvB=mrv2,l=2r;

由以上两式可得 r=1B m=qr22UB2,qm=B22Ur2.

2mqU,

1.(2017·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.它的构造原理如图所示,粒子源 S 发出两种带正电的同位素粒子甲、乙,速度都很小, 可忽略不计.粒子经过电场加速后垂直进入有界匀强磁场,最终打到底片上,测得甲、乙两 粒子打在底片上的点到入射点的距离之比为 3∶2,则甲、乙两粒子的质量之比是( )

A.2∶3

B. 2∶ 3
1

C. 3∶ 2

D.9∶4

解析:选 D 在加速电场中由 Uq=12mv2 得 v= 2Umq,在匀强磁场中由 qvB=mRv2得 R=D2

=mqvB,联立解得 m=B28qUD2,则甲、乙两粒子的质量之比为 m 甲∶m 乙=D2甲∶D2乙=9∶4.

2.(2017·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,

它的构造原理如图所示.粒子源 S 产生一个质量为 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到底片 P 上,测得它在 P 上的位置到入口处 S1 的距离为 x,则下列说法 正确的是( )

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 一定时,x 越大,带电粒子的比荷qm越大

D.当加速电压 U 和磁感应强度 B 一定时,x 越大,带电粒子的比荷qm越小

解析:选 D 在加速电场中由 Uq=12mv2 得 v= 2Umq,在匀强磁场中由 qvB=mRv2得 R=qmBv,

且 R=x2,联立解得qm=B82Ux2,所以当加速电压 U 和磁感应强度 B 一定时,x 越大,带电粒子的

q 比荷m越小,C

错误,D

正确.粒子在磁场中运动的时间

t=T2=πqBm,与加速电压

U

无关,A、

B 错误.

回旋加速器的原理和分析 1.加速条件:T 电场=T 回旋=2qπBm. 2.磁场约束偏转:qvB=mrv2? v=qBmr.

2

3.带电粒子的最大速度 vmax=qBmrD,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,最大动能与 D 形盒的半径有关.
3.(2018·宜兴模拟)(多选)回旋加速器的工作原理示意图如图所示,磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直,两盒间的狭缝很小,粒子穿过其的时间可忽略,它们接在电压为 U、 频率为 f 的交流电源上,若 A 处粒子源产生的质子在加速器中被加速,下列说法正确的是 ()
A.若只增大交流电压 U,则质子获得的最大动能增大 B.若只增大交流电压 U,则质子在回旋加速器中运动的时间会变短 C.若磁感应强度 B 增大,交流电频率 f 必须适当增大,回旋加速器才能正常工作 D.不改变磁感应强度 B 和交流电频率 f,该回旋加速器也能用于加速 α 粒子 解析:选 BC 当质子从 D 形盒中射出时速度最大,根据 qvmB=mvR2m,得 vm=qmBR,则质子 获得的最大动能 Ekm=q22Bm2R2,质子的最大动能与交流电压 U 无关,故 A 错误;根据 T=2πBqm, 可知若只增大交流电压 U,不会改变质子在回旋加速器中运动的周期,但加速次数会减少, 则质子在回旋加速器中运动的时间变短,故 B 正确;根据 T=2πBqm,可知若磁感应强度 B 增 大,则 T 减小,只有当交流电频率 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,根据 T=2Bπqm知,换用 α 粒子, 粒子的比荷变化,在磁场中运动的周期变化,回旋加速器需改变交流电的频率才能用于加速 α 粒子,故 D 错误. 4.(2018·河北保定联考)回旋加速器的工作原理如图所示,D1、D2 是两个中空的半圆 形金属扁盒,它们接在高频交流电源上,磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直.在 D1 盒
3

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 略不计,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,依据牛顿第二定律有 Bqv=mvr2,

交变电压的频率应与粒子做圆周运动的频率相等,则 f=2πv r, 联立可得交变电压的频率 f=2Bπqm. (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-1)qU=12mv2n,

此后带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,设轨迹半径为 rn, 由牛顿第二定律得 Bqvn=mvr2nn,

解得 rn=1B

n- mU

q

.

答案:(1)2Bπqm (2)1B

n- mU q

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,在金属导体的上表面 A 和下表面 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.电势高低的判断:如图所示,金属导体中的电流 I 向右时,根据左手定则可得,下 表面 A′的电势高.

4

3.霍尔电压的计算:导体中的自由电荷(电子)在洛伦兹力作用下偏转,A、A′间出现 电势差,当自由电荷所受静电力和洛伦兹力平衡时,A、A′间的电势差(U)就保持稳定,由 qvB=qUh,I=nqvS,S=hd;联立得 U=nBqId=kBdI,k=n1q称为霍尔系数.
5.(2018·浙江嘉兴一中测试)如图所示,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 面向外、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.实验中导体板尺寸、电流 I 和磁感应强度 B 保持不变,下列说法正确的是( )
A.导体内自由电子只受洛伦兹力作用 B.UH 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=UI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 面聚集,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 面聚集,在 Y1、Y2 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衡状态,有:qvB=qE,其中:E=UdH(d 为 Y1、Y2 平面之间 的距离)根据题意,有:I=neSv,联立得到:UH=Bvd=BnIeSd∝1n,故单位体积内的自由电 子数 n 越大,UH 越小,故 C 正确;由于 UH=BnIeSd,与导体的电阻无关,故 D 错误. 6.(2017·南阳期末)(多选)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,如图所示.当在导 体中通以图示方向的电流 I 时,在导体的上、下表面间用电压表测得的电压为 UH,已知自由 电子的电荷量为 e,则下列判断正确的是( )
5

A.用电压表测 UH 时,电压表的“+”接线柱接下表面 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ebUH D.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,则电子向左移动,根据左 手定则可知,电子向上表面偏转,则上表面得到电子带负电,下表面带正电,所以电压表的 “+”接线柱接下表面,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、 下表面间形成电势差,最终电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡,故 B 错误;根据 eUdH= eBv,再由 I=neSv=nebdv,联立得导体单位体积内的自由电子数 n=eBbIUH,故 C 正确;同 理,联立可得 UH=nBeIb,则 UH 大小与金属导体的厚度 d 无关,故 D 错误.

装置 速度选择器 磁流体发电机
电磁流量计

速度选择器、磁流体发电机和电磁流量计

原理图

规律

若 qv0B=Eq,即 v0=EB,粒子做匀速直线运动

等离子体射入,受洛伦兹力偏转,使两极板带正、 U
负电荷,两极板间电压为 U 时稳定,qd=qv0B,U =v0Bd UDq=qvB,所以 v=DUB,所以流量 Q=vS=DUBπ (D2)2 =π4UBD

7.(2018·江西五校联考)(多选)如图所示,含有11H(氕核)、21H(氘核)、42He(氦核)的带 电粒子束从小孔 O1 处射入速度选择器,沿直线 O1O2 运动的粒子在小孔 O2 处射出后垂直进入 偏转磁场,最终打在 P1、P2 两点.则( )

6

A.打在 P1 点的粒子是42He B.打在 P2 点的粒子是21H 和42He C.O2P2 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选择器时,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 qvB1=Eq,所以 v=BE1,可知从速度选择器中射出的粒子具 有相同的速度.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力有 qvB2=mrv2, 所以 r=qmBv2,可知粒子的比荷越大,则做圆周运动的轨迹半径越小,所以打在 P1 点的粒子 是11H,打在 P2 点的粒子是21H 和42He,故 A 错误,B 正确;由题中的数据可得11H 的比荷是21H 和42He 的比荷的 2 倍,所以11H 的轨迹半径是21H 和42He 的轨迹半径的12,即 O2P2 的长度是 O2P1 长度的 2 倍,故 C 正确;粒子运动的周期 T=2πv r=2qπB2m,三种粒子的比荷不相同,周期不相等,偏 转角相同,则粒子在偏转磁场中运动的时间不相等,故 D 错误. 8.(多选)如图所示为磁流体发电机的原理图.金属板 M、N 之间的距离为 d=20 cm,磁 场的磁感应强度大小为 B=5 T,方向垂直纸面向里.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,发现在 M、N 两板间 接入的额定功率为 P=100 W 的灯泡正常发光,且此时灯泡电阻为 R=100 Ω ,不计离子重 力和发电机内阻,且认为离子均为一价离子,则下列说法中正确的是( )

A.金属板 M 上聚集负电荷,金属板 N 上聚集正电荷 B.该发电机的电动势为 100 V C.离子从左侧喷射入磁场的初速度大小为 103 m/s D.每秒钟有 6.25×1018 个离子打在金属板 N 上 解析:选 BD 由左手定则可知,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 E=U= PR=100 V,选项 B 正确;由 Bqv=qUd可得 v

=BUd=100 m/s,选项 C 错误;每秒钟经过灯泡 L 的电荷量 Q=It,而 I=

PR=1A,所以

7

Q=1 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=Qe=1.6×110-19 =6.25×1018(个),选项 D 正确.
9.医生做某些特殊手术时,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 a 和 b 以及磁极 N 和 S 构成,磁极间的磁场是均匀的.使用时,两电极 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,如图所示.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.在达到平衡时,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,血管壁的厚度可忽略,两触点间的电势差为 160 μ V, 磁感应强度的大小为 0.040 T.则血流速度的近似值和电极 a、b 的正负为( )

A.1.3 m/s,a 正、b 负

B.2.7 m/s,a 正、b 负

C.1.3 m/s,a 负、b 正

D.2.7 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,利用左手定则可以判断

电极 a 带正电,电极 b 带负电.血液流动速度可根据离子所受的电场力和洛伦兹力的合力为

0,即 qvB=qE 得 v=EB=BUd≈1.3 m/s,A 正确.

8


19年高考物理大一轮复习微专题11带电粒子在复合场中运....doc

19年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 - 微专

精选推荐019年高考物理大一轮复习微专题11带电粒子在复....doc

精选推荐019年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 - 学习 K12 教育资料 微专题 11 带电粒子在复合场中运动的实例分析 ...

2019年高考物理大一轮复习微专题11带电粒子在复合场中....doc

2019年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

2019年高考物理大一轮复习微专题11带电粒子在复合场中....doc

2019年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

【K12教育学习资料】2019年高考物理大一轮复习微专题11....doc

【K12教育学习资料】2019年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 - 教育是最好的老师,小学初中高中资料汇集 微专题 11 带电粒子...

[推荐学习]2019年高考物理大一轮复习微专题11带电粒子....doc

[推荐学习]2019年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 - 生活的色彩就是学习 微专题 11 带电粒子在复合场中运动的实例分析...

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....doc

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_高考

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....doc

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练习 -

配套K122019年高考物理大一轮复习微专题11带电粒子在复....doc

配套K122019年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 - 小学+初中+高中+努力=大学 微专题 11 带电粒子在复合场中运动的实例...

19年高考物理大一轮复习微专题11带电粒子在复合场中运....doc

19年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 - 。。

19年高考物理大一轮复习微专题12带电粒子在复合场中的....doc

19年高考物理大一轮复习微专题12带电粒子在复合场中的运动学案 - 内部文件,版权追溯 内部文件,版权追溯 微专题 12 带电粒子在复合场中的运动 带电粒子在叠加场...

2019年高考物理大一轮复习微专题11带电粒子在复合场中....ppt

2019年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课件新人教

19年高考物理大一轮复习微专题12带电粒子在复合场中的....doc

19年高考物理大一轮复习微专题12带电粒子在复合场中的运动学案_高考_高中教育_教育专区。微专题 12 带电粒子在复合场中的运动 带电粒子在叠加场中的运动 1.带...

...物理大微专题11带电粒子在复合场中运动的实例分析课....ppt

2019年高考物理微专题11带电粒子在复合场中运动的实例分析课件新人教版89 - 第九章磁场 微专题11 带电粒子在复合场中运动 的实例分析 栏目导航 命题点一 命题...

2019年高考物理大一轮复习微专题12带电粒子在复合场中....doc

2019年高考物理大一轮复习微专题12带电粒子在复合场中的运动学案新人教版_高考_高中教育_教育专区。微专题 12 带电粒子在复合场中的运动 带电粒子在叠加场中的...

【新】2019年高考物理大一轮复习微专题12带电粒子在复....doc

【新】2019年高考物理大一轮复习微专题12带电粒子在复合场中的运动学案新人教版 - 小中高 精品 教案 试卷 微专题 12 带电粒子在复合场中的运动 带电粒子在...

【配套K12】2019年高考物理大一轮复习微专题12带电粒子....doc

【配套K12】2019年高考物理大一轮复习微专题12带电粒子在复合场中的运动学案新人教版 - 小初高试卷教案类 微专题 12 带电粒子在复合场中的运动 带电粒子在叠加...

[推荐学习]2019年高考物理大一轮复习微专题12带电粒子....doc

[推荐学习]2019年高考物理大一轮复习微专题12带电粒子在复合场中的运动学案新人教版 - 生活的色彩就是学习 微专题 12 带电粒子在复合场中的运动 带电粒子在...

[配套K12]2019年高考物理大一轮复习 微专题12 带电粒子....doc

[配套K12]2019年高考物理大一轮复习 微专题12 带电粒子在复合场中的运动学案 新人教版_其它课程_高中教育_教育专区。教育配套资料 K12 微专题 12 带电粒子在...

...课件:微专题11 带电粒子在复合场中运动的实例分析_....ppt

2019高考总复习物理(人教)课件:微专题11 带电粒子在复合场中运动的实例分析_高考_高中教育_教育专区。2019 第九章磁场 微专题11 带电粒子在复合 场中运动的实例...