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

《2019年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 微專(zhuān)題11 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析學(xué)案 新人教版》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《2019年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 微專(zhuān)題11 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析學(xué)案 新人教版（8頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、微專(zhuān)題11 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析 質(zhì)譜儀的原理和分析 1．作用 測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分離同位素的儀器． 2．原理(如圖所示) ①加速電場(chǎng)：qU＝mv2； ②偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；qvB＝，l＝2r； 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(cè)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(jì)．粒子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后垂直進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，最終打到底片上，測(cè)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3∶2，則甲、乙兩粒子的質(zhì)量之比是(　　) A．2∶

2、3　　　　　　 B．∶ C．∶ D．9∶4 解析：選D　在加速電場(chǎng)中由Uq＝mv2得v＝，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中由qvB＝得R＝＝，聯(lián)立解得m＝，則甲、乙兩粒子的質(zhì)量之比為m甲∶m乙＝D∶D＝9∶4. 2.(2017·陜西渭南一模)質(zhì)譜儀是一種測(cè)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(gè)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(guò)電壓U加速進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，沿著半圓運(yùn)動(dòng)軌跡打到底片P上，測(cè)得它在P上的位置到入口處S1的距離為x，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．對(duì)于給定的帶電粒子，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時(shí)，加速電

3、壓U越大，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng) B．對(duì)于給定的帶電粒子，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時(shí)，加速電壓U越大，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越短 C．當(dāng)加速電壓U和磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定時(shí)，x越大，帶電粒子的比荷越大 D．當(dāng)加速電壓U和磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定時(shí)，x越大，帶電粒子的比荷越小 解析：選D　在加速電場(chǎng)中由Uq＝mv2得v＝，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(shí)，x越大，帶電粒子的比荷越小，C錯(cuò)誤，D正確．粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t＝＝，與加速電壓U無(wú)關(guān)，A、B錯(cuò)誤． 回旋加速器的原理和分析 1．加速條件：T電場(chǎng)＝T回旋＝. 2．磁場(chǎng)約束偏轉(zhuǎn)：qvB

4、＝?v＝. 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(wú)關(guān)． 4．回旋加速器的解題思路 (1)帶電粒子在縫隙的電場(chǎng)中加速、交變電流的周期與磁場(chǎng)周期相等，每經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)一次，粒子加速一次． (2)帶電粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)、半徑不斷增大，周期不變，最大動(dòng)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(chǎng)與盒面垂直，兩盒間的狹縫很小，粒子穿過(guò)其的時(shí)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(shuō)法正確的是(　　) A．若只增大交

5、流電壓U，則質(zhì)子獲得的最大動(dòng)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(dòng)的時(shí)間會(huì)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α粒子 解析：選BC　當(dāng)質(zhì)子從D形盒中射出時(shí)速度最大，根據(jù)qvmB＝m，得vm＝，則質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能Ekm＝，質(zhì)子的最大動(dòng)能與交流電壓U無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；根據(jù)T＝，可知若只增大交流電壓U，不會(huì)改變質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的周期，但加速次數(shù)會(huì)減少，則質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)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

6、大，回旋加速器才能正常工作，故C正確；帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期與在加速電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期相等，根據(jù)T＝知，換用α粒子，粒子的比荷變化，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)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α粒子，故D錯(cuò)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(gè)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的勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(jì))，在兩盒之間被電場(chǎng)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(guò)的時(shí)間可以忽略不計(jì)，加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力作用．

7、 (1)為使粒子每次經(jīng)過(guò)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(gè)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(dòng)，依據(jù)牛頓第二定律有Bqv＝m， 交變電壓的頻率應(yīng)與粒子做圓周運(yùn)動(dòng)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(gè)半圓軌跡是帶電粒子被加速(2n－1)次后的運(yùn)動(dòng)軌跡， 設(shè)其被加速(2n－1)次后的速度為vn， 由動(dòng)能定理得(2n－1)qU＝mv， 此后帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)軌跡半徑為rn， 由牛頓第二定律得Bqvn＝m， 解得rn＝ . 答案：(1)　(2) 霍爾效應(yīng)的原理

8、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(chǎng)B中，當(dāng)電流通過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)，在金屬導(dǎo)體的上表面A和下表面A′之間產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)，此電壓稱(chēng)為霍爾電壓． 2．電勢(shì)高低的判斷：如圖所示，金屬導(dǎo)體中的電流I向右時(shí)，根據(jù)左手定則可得，下表面A′的電勢(shì)高． 3．霍爾電壓的計(jì)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(shì)差，當(dāng)自由電荷所受靜電力和洛倫茲力平衡時(shí)，A、A′間的電勢(shì)差(U)就保持穩(wěn)定，由qvB＝q，I＝nqvS，S＝hd；聯(lián)立得U＝＝k，k＝稱(chēng)為霍爾系數(shù)． 5．(2018·浙江嘉興一中測(cè)試)如圖所示，X1、X2，Y1

9、、Y2，Z1、Z2分別表示導(dǎo)體板左、右，上、下，前、后六個(gè)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(chǎng)中，當(dāng)電流I通過(guò)導(dǎo)體板時(shí)，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(dòng)速度v之間的關(guān)系為I＝neSv.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(shuō)法正確的是(　　) A．導(dǎo)體內(nèi)自由電子只受洛倫茲力作用 B．UH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(guò)測(cè)量UH，可用R＝求得導(dǎo)體X1、X2兩面間的電阻 解析：選C　由于磁場(chǎng)的作用，電子受洛

10、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(chǎng)，故電子也受電場(chǎng)力，故A錯(cuò)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(shì)差UH，故B錯(cuò)誤；電子在電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用下處于平衡狀態(tài)，有：qvB＝qE，其中：E＝(d為Y1、Y2平面之間的距離)根據(jù)題意，有：I＝neSv，聯(lián)立得到：UH＝Bvd＝Bd∝，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UH＝Bd，與導(dǎo)體的電阻無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)誤． 6．(2017·南陽(yáng)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)體置于一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中

11、，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(shí)，在導(dǎo)體的上、下表面間用電壓表測(cè)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(cè)UH時(shí)，電壓表的“＋”接線(xiàn)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(chǎng)方向向里，電流方向向右，則電子向左移動(dòng)，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(xiàn)柱接下表面，故A正確；定向移動(dòng)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(shì)

12、差，最終電子在電場(chǎng)力和洛倫茲力作用下處于平衡，故B錯(cuò)誤；根據(jù)e＝eBv，再由I＝neSv＝nebdv，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(wú)關(guān)，故D錯(cuò)誤． 速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)和電磁流量計(jì) 裝置 原理圖 規(guī)律 速度選擇器 若qv0B＝Eq，即v0＝，粒子做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 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(shí)穩(wěn)定，q＝qv0B，U＝v0Bd 電磁流量計(jì) q＝qvB，所以v＝，所以流量Q＝vS＝π()2＝ 7．(2018·江西五校聯(lián)考)(多選)如

13、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(xiàn)O1O2運(yùn)動(dòng)的粒子在小孔O2處射出后垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，最終打在P1、P2兩點(diǎn)．則(　　) A．打在P1點(diǎn)的粒子是He B．打在P2點(diǎn)的粒子是H和He C．O2P2的長(zhǎng)度是O2P1長(zhǎng)度的2倍 D．粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間都相等 解析：選BC　帶電粒子在沿直線(xiàn)通過(guò)速度選擇器時(shí)，粒子所受的電場(chǎng)力與它受到的洛倫茲力大小相等、方向相反，即qvB1＝Eq，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(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力有qvB2＝，所以r＝，可知粒子的比荷

14、越大，則做圓周運(yùn)動(dòng)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(cuò)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的軌跡半徑是H和He的軌跡半徑的，即O2P2的長(zhǎng)度是O2P1長(zhǎng)度的2倍，故C正確；粒子運(yùn)動(dòng)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不相等，故D錯(cuò)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d＝20 cm，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝5 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(chǎng)，發(fā)現(xiàn)在

15、M、N兩板間接入的額定功率為P＝100 W的燈泡正常發(fā)光，且此時(shí)燈泡電阻為R＝100 Ω，不計(jì)離子重力和發(fā)電機(jī)內(nèi)阻，且認(rèn)為離子均為一價(jià)離子，則下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．金屬板M上聚集負(fù)電荷，金屬板N上聚集正電荷 B．該發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為100 V C．離子從左側(cè)噴射入磁場(chǎng)的初速度大小為103 m/s D．每秒鐘有6.25×1018個(gè)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(cuò)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(dòng)勢(shì)等于電源的路端電壓，所以E＝U＝＝100 V，選項(xiàng)B正確；由B

16、qv＝q可得v＝＝100 m/s，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；每秒鐘經(jīng)過(guò)燈泡L的電荷量Q＝It，而I＝ ＝1A，所以Q＝1 C，由于離子為一價(jià)離子，所以每秒鐘打在金屬板N上的離子個(gè)數(shù)為n＝＝＝6.25×1018(個(gè))，選項(xiàng)D正確． 9．醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí)，利用電磁血流計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)通過(guò)動(dòng)脈的血流速度．電磁血流計(jì)由一對(duì)電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場(chǎng)是均勻的．使用時(shí)，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點(diǎn)的連線(xiàn)、磁場(chǎng)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，電極a、b之間會(huì)有微小電勢(shì)差．在達(dá)到平衡時(shí)，血管內(nèi)部的電場(chǎng)可看做是勻強(qiáng)電場(chǎng)，血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零．在某次監(jiān)測(cè)中，兩觸點(diǎn)間的距離為3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為160 μV，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.040 T．則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為(　　) A．1.3 m/s，a正、b負(fù)　 B．2.7 m/s，a正、b負(fù) C．1.3 m/s，a負(fù)、b正 D．2.7 m/s，a負(fù)、b正 解析：選A　由于正負(fù)離子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，利用左手定則可以判斷電極a帶正電，電極b帶負(fù)電．血液流動(dòng)速度可根據(jù)離子所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力的合力為0，即qvB＝qE得v＝＝≈1.3 m/s，A正確． 8