2020年高考物理一轮复习专题八小专题6带电粒子在复合场中运动的科技应用.ppt

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1、小专题6带电粒子在复合场中运动的科技应用,突破1,速度选择器(如图Z6-1所示),图Z6-1(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直.(如图Z6-1),(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是,(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.,【典题1】(2017年福建厦门质检)速度选择器的原理图如图Z6-2所示，已知电场强度为E、磁感应强度为B且相互垂直分布，某一带电粒子(重力不计)沿图中虚线水平通过.则该带电,粒子(,),A.一定带正电,C.沿QP方向运动,图Z6-2,答案：B,【考点突破1】如图Z6-3所示，在平行线M

2、N、PQ之间存在竖直向上的匀强电场和垂直于纸面的磁场(未画出)，磁场的磁感应强度从左到右逐渐增大.一带电微粒进入该区域时，由于受到空气阻力作用，恰好能沿水平直线OO通过该区域.带电微粒所受的重力忽略不计，运动过程带电量不变.下列判断正确,的是(,),图Z6-3,A.微粒从左向右运动，磁场方向向里B.微粒从左向右运动，磁场方向向外C.微粒从右向左运动，磁场方向向里D.微粒从右向左运动，磁场方向向外,解析：由微粒恰好能沿水平直线OO通过该区域说明洛伦兹力qvB与电场力qE平衡，微粒受到空气阻力作用，速度,逐渐减小，沿运动方向磁场的磁感应强度必须逐渐增大，因此微粒从左向右运动，磁场方向向外，B正确.

3、,答案：B,突破2,霍尔元件,(1)定义：高为h、宽为d的导体(自由电荷是电子或正电荷)置于匀强磁场B中，当电流通过导体时，在导体的上表面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.图Z6-4,(2)电势高低的判断：如图Z6-4，导体中的电流I向右时，根据左手定则可得，若自由电荷是电子，则下表面A的电势低.若自由电荷是正电荷，则下表面A的电势低.(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，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，A、A间的电势差(U)就保持稳定，由qvB,系数.,【典题2】(2017年江西南昌三校大联考)如图Z

4、6-5所示，厚度为h，宽度为d的金属导体，当磁场方向与电流方向垂直时，在导体上、下表面会产生电势差，这种现象称为霍尔效应.下列,说法正确的是(,),A.上表面的电势高于下表面电势,图Z6-5,B.仅增大h时，上、下表面的电势差增大C.仅增大d时，上、下表面的电势差减小D.仅增大电流I时，上、下表面的电势差减小答案：C,【考点突破2】如图Z6-6所示，一段长方体形导电材料，左、右两端面的边长都为a和b，内有带电荷量为q的某种自由运动电荷.导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部磁感应强度大小为B.当通以从左到右的稳恒电流I时，测得导电材料上、下表面之间的电压为U，且上表面的电势比下表

5、面的低.由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电,荷的正负分别为(,),图Z6-6,，C正确，A、B、D错误.,解析：建立霍尔效应模型，根据左手定则，不管正电荷还是负电荷均应该向上偏，由于上表面的电势比下表面的电势低，说明电荷电性为负.当导电材料上、下表面之间的电压为U时，表达式Inqvab，解得导电材料单位体积内自由运动的电荷数,答案：C,突破3,磁流体发电机,图Z6-7(1)原理：如图Z6-7所示，等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在A、B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

6、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，等离子气体的电阻率为，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,【典题3】(多选)磁流体发电是一项新兴技术，图Z6-8是它的示意图，平行金属板A、C间有一很强的磁场，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电离子)喷入磁场，两极板间便产生电压，现将A、C两极板与电阻R相连，两极板间距离为d，正对面积为S，等离子体的电阻率为，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直磁场方向射入A、C,),两板之间，则稳定时下列

7、说法中正确的是(图Z6-8,A.极板A是电源的正极B.电源的电动势为Bdv,解析：等离子体喷入磁场，带正电的离子因受到向下的洛伦兹力而向下偏转，带负电的离子向上偏转，即极板C是电源,答案：BC,【考点突破3】(多选)磁流体发电机的原理示意图如图Z6-9所示，金属板M、N正对着平行放置，且板面垂直于纸面，在两板之间接有电阻R.在极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场.当等离子束(分别带有等量正、负电荷的离子束)从左向右进入,极板时，下列说法正确的是(,),A.N板的电势高于M板的电势B.M板的电势高于N板的电势,图Z6-9,C.R中有由b向a方向的电流D.R中有由a向b方向的电流,解析：根据左手定则可

8、知正电荷向上极板偏转，负电荷向下极板偏转，则M板的电势高于N板的电势，A错误，B正确；M板相当于电源的正极，那么R中有由a向b方向的电流，C错误，D正确.,答案：BD,突破4,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Z6-10所示，一圆形导管直径为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,图Z6-10,(5)电势高低

9、的判断：根据左手定则可得ab.,【典题4】为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图Z6-11所示的流量计.该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口.在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前、后两个内侧面分别固定有金属板作为电极.污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U.若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体,积)，下列说法正确的是(,),图Z6-11,A.若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高B.若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高C.污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D.污水流量Q与U成正

10、比，与a、b无关,答案：D,【考点突破4】(多选，2017年江西上饶二模)为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图Z6-12所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a1m、b0.2m、c0.2m，左、右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B1.25T的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极，污水充满装置以某一速度从左向右匀速流经该装置时，测得两个电极间的电压U1V.且污水流过该装置时受到阻力作用，阻力fkLv，其中比例系数k15Ns/m2，L为污水沿流速方向的长度，,v为污水的流速.下列说法正确的是(,),图K6-12,A.金属

11、板M电势不一定高于金属板N的电势，因为污水中,负离子较多,B.污水中离子浓度的高低对电压表的示数也有一定影响C.污水的流量(单位时间内流出的污水体积)Q0.16m3/sD.为使污水匀速通过该装置，左、右两侧管口应施加的压,强差为p1500Pa,答案：CD,突破5,质谱仪,(1)构造：如图Z6-13所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成.图Z6-13,【典题5】(多选)质谱仪的原理如图Z6-14所示.从粒子源S出来时的粒子速度很小，可以看做初速度为零，粒子经过电场加速后进入有界的垂直于纸面向里的匀强磁场区域，并沿着半圆周运动而达到照相底片上的P点，测得P点到入口的距离为,x，则以下说

12、法正确的是(,),A.仅加速电压增大，其他量不变，则x增大,B.仅匀强磁场增强，其他量不变，则x增大,图Z6-14,C.仅粒子的质量增大，其他量不变，则x增大D.仅粒子的电荷量增加，其他量不变，则x增大,见增大m、U或减小B、q，可使x增大，A、C正确.答案：AC,【考点突破5】(多选)如图Z6-15所示为一种质谱仪的示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成.若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场，在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外.一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析

13、器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点.,不计粒子重力.下列说法正确的是(,),图Z6-15,A.极板M比极板N的电势高B.加速电场的电压UER,D.若一群粒子从静止开始经过题述过程都落在胶片上的同,一点，则该群粒子具有相同的比荷,见只有比荷相同的粒子才能打在胶片上的同一点，C错误，D正确.答案：AD,突破6,回旋加速器,1.构造：如图Z6-16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.图Z6-162.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.,【典题6】(2017年四川绵阳高三月考)如图Z6-1

14、7所示，回旋加速器的核心部分是真空室中的两个相距很近的“D”形金属盒.把它们放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面向下.连接好高频交流电源后，两盒间的窄缝中能形成匀强电场，带电粒子在磁场中做圆周运动，每次通过两盒间的窄缝时都能被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置引出，如果用同一回旋加,A.加速氚核的交流电源的周期较大；氚核获得的最大动能较大B.加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获,得的最大动能较大,图Z6-17,C.加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小D.加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获得的最大动能较小,答案：C,【考点突破6】(多选)劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图Z6-18所示.置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略.磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U.若A处粒子源产生的质子的质量为m，电荷量为q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影,响.则下列说法正确的是(,),图Z6-18,A.质子被加速后的最大速度不可能超过2Rf,B.质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比C.质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之,比为1,D.不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器的最,大动能不变,答案：AC,