高考物理二轮复习 难点突破9 带电粒子在复合场中运动的实际模型分析 新人教版-新人教版高三全册物理试题.doc

难点突破9带电粒子在复合场中运动的实际模型分析1速度选择器(如图)(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qEqvB，即v.2磁流体发电机磁流体发电机是根据电磁感应原理，用导电流体，例如空气或液体，与磁场相对运动而发电的一种设备如图所示，将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中，利用磁场对带电流体产生的作用，从而发电设两极板间的距离为d，A、B平行金属板的面积为S，带电流体的电阻率为，带电流体速度为v，磁场的磁感应强度为B，板外电阻为R，则两极板间能达到的最大电势差UBdv.此时带电流体受力平衡有qE场qvB，即E场vB，故电源电动势EE场·dBdv.电源的内阻r.故R中的电流I.3电磁流量计如图所示，圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，导电流体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力的作用下纵向偏转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的静电力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，即：qvBqE，所以v，因此液体流量QSv·.4霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差，这种现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如右图所示【典例1】如图所示为磁流体发电机的原理图：将一束等离子体喷射入磁场，在场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压如果射入的等离子体速度均为v，两金属板的板长为L，板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，等离子体充满两板间的空间当发电机稳定发电时，电流表示数为I.那么板间电离气体的电阻率为()A. B.C. D.【解析】最终稳定时，电荷所受洛伦兹力和电场力大小相等，方向相反，有qvBq.解得EvBd.根据闭合电路欧姆定律，电离气体的电阻RRR.由电阻定律得R解得.故A正确，B、C、D错误【答案】A【典例2】如图所示是质谱仪工作原理的示意图，带电粒子a、b经电压U加速(在A点初速度为0)后，进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，最后分别打在感光板S上的x1、x2处图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径，则()Aa的质量一定大于b的质量Ba的电荷量一定大于b的电荷量Ca运动的时间大于b运动的时间Da的比荷大于b的比荷【解析】设粒子经电场加速后的速度大小为v，在磁场中做圆周运动的半径为r，电荷量和质量分别为q、m，打在感光板上的距离为s.根据动能定理，得qUmv2，v，由qvBm，r，则s2r，得到，x1<x2，U、B相同，则>.【答案】D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以及一对磁极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流一起在磁场中运动，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作匀强电场，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 V，磁感应强度的大小为0.040 T则血液速度的近似值和电极a、b的正负为()A1.3 m/s，a正、b负 B2.7 m/s，a正、b负C1.3 m/s，a负、b正 D2.7 m/s，a负、b正解析：血液中正负离子流动时，根据左手定则，正离子受到向上的洛伦兹力，负离子受到向下的洛伦兹力，所以正离子向上偏，负离子向下偏则a带正电，b带负电最终血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零，有qqvB，所以v m/s1.3 m/s.故A正确答案：A回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展(1)回旋加速器的原理如图所示，D1和D2是两个中空的半径为R的半圆金属盒，它们接在电压一定、频率为f的交流电源上，位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子(初速度可以忽略，重力不计)，它们在两盒之间被电场加速，D1、D2置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中若质子束从回旋加速器输出时的平均功率为P，求输出时质子束的等效电流I与P、B、R、f的关系式(忽略质子在电场中的运动时间，其最大速度远小于光速)(2)试推理说明：质子在回旋加速器中运动时，随轨道半径r的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差r是增大、减小还是不变？解析：(1)设质子质量为m，电荷量为q，质子离开加速器时速度大小为v，由牛顿第二定律知：qvBm，质子运动的回旋周期为T，由回旋加速器工作原理可知，交变电源的频率与质子回旋频率相同，由周期T与频率f的关系可得f，设在t时间内离开加速器的质子数为N，则质子束从回旋加速器输出时的平均功率P，输出时质子束的等效电流为I，由上述各式得I .(2)设k(kN*)为同一盒子中质子运动轨道半径的序数，相邻的轨道半径分别为rk、rk1(rk<rk1)，rkrk1rk，在相应轨道上质子对应的速度大小分别为vk、vk1，D1、D2之间的电压为U，由动能定理知2qUmvmv，由洛伦兹力充当质子做圆周运动的向心力，知rk，则2qU(rr)，整理得rk，因U、q、m、B均为定值，令C，由上式得rk，相邻轨道半径rk1、rk2之差rk1，因为rk2>rk，比较rk，rk1得rk1<rk，说明随轨道半径r的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差r减小