习题课：带电粒子在叠加场中的运动实例分析学案- 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册.docx

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1、格物致知带电粒子在叠加场中的运动实例分析教学目标：1.掌握带电粒子在磁场中运动实例原理热点题型一带电粒子在叠加场中运动的实例分析1.质谱仪构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，qUmv2.粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvBm.由以上两式可得r ，m，.例、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在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，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12倍此离子和

2、质子的质量比约为()A11B12C121 D144变式1：用质谱仪测量带电粒子的比荷，其原理如图所示，A是粒子源，释放出的带电粒子（不计重力），经小孔飘入电压为U的加速电场（初速度可忽略不计），加速后经小孔进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打在照相底片上D点。测得D点到的距离为d，则该粒子的比荷为（）A BCD2.回旋加速器构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中原理：(1)电场的特点及作用特点：周期性变化，其周期等于粒子在磁场中做圆周运动的周期作用：对带电粒子加速，粒子的动能增大，qUEk.(2)磁场的作用改变粒子的运动方向粒子在一个D形盒中

3、运动半个周期，运动至狭缝进入电场被加速磁场中qvBm，rv，因此加速后的轨迹半径要大于加速前的轨迹半径(3)粒子获得的最大动能若D形盒的最大半径为R，磁感应强度为B，由r得粒子获得的最大速度vm，最大动能Ekmmvm2.(4)两D形盒窄缝所加的交流电源的周期与粒子做圆周运动的周期相同，粒子经过窄缝处均被加速，一个周期内加速两次例 劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示置于真空中的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处粒子源产生质子的质量为m、电荷量为q，在加速器中被加速，且加速过

4、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()A质子被加速后的最大速度与D形盒半径R无关B质子离开回旋加速器时的最大动能与交流电频率f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 1D不改变磁感应强度B和交流电频率f，经该回旋加速器加速的各种粒子的最大动能不变变式1粒子加速器是利用电场来推动带电粒子使其获得能量的装置，是高能物理中重要的角色。1931年美国物理学家恩奈斯特劳伦斯发明了回旋加速器，被加速的粒子在一圆形结构里运动，其运动轨迹由磁场控制，通过交变电场给带电粒子加速。图甲是回旋加速器的示意图，粒子出口处如图所示。图乙是回旋加速器所用的交变电压随时间的变化规律。某

5、物理学习小组在学习了回旋加速器原理之后，想利用同一回旋加速器分别加速两种带正电的粒子，所带电荷量分别为，质量分别为。保持交变电压随时间变化的规律不变，需要调整所加磁场的磁感应强度的大小，则（）A所加磁场的磁感应强度大小之比为B粒子获得的最大动能之比为C粒子的加速次数之比为D粒子在回旋加速器中的运动时间之比为3.速度选择器若qv0BEq，即v0，粒子做匀速直线运动例 如图所示是速度选择器的原理图，已知电场强度为E、磁感应强度为B并相互垂直分布，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B速度大小为C可能沿QP方向运动D若沿PQ方向运动的速度大于，将一定向下极板偏转变

6、式1.如图所示为研究某种带电粒子的装置示意图，粒子源射出的粒子束以一定的初速度沿直线射到荧光屏上的O点，出现一个光斑在垂直于纸面向里的方向上加一磁感应强度为B的匀强磁场后，粒子束发生偏转，沿半径为r的圆弧运动，打在荧光屏上的P点，然后在磁场区域再加一竖直向下，场强大小为E的匀强电场，光斑从P点又回到O点关于该粒子(不计重力)，下列说法正确的是()A粒子带负电B初速度为vC比荷为 D比荷为4.磁流体发电机等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电荷，两极电压为U时稳定，qqv0B，Uv0Bd例 （多选）如图所示，一块长度为a、宽度为b、厚度为d的金属导体，当加有与侧面垂直的匀强磁场B，且通

7、以图示方向的电流I时，用电压表测得导体上、下表面M、N间电压为U，已知自由电子的电荷量为e.下列说法中正确的是()A导体的M面比N面电势高 B导体单位体积内自由电子数越多，电压表的示数越大C导体中自由电子定向移动的速度为v D导体单位体积内的自由电子数为变式1.如图，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为，一束速度大小为v的等离子体垂直于磁场喷入板间，相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为，导轨平面与水平面夹角为，两导轨分别与P、Q相连，质量为m、电阻为R的金属棒垂直导轨放置，恰好静止，重力加速度为g，不计导轨电阻、板间电阻和等离

8、子体中的粒子重力，下列说法正确的是（） A导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，B导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，C导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，D导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，5.电磁流量计qqvB，所以v，所以QvS例 为了测量化工厂的污水排放量，技术人员在排污管末端安装了流量计(流量Q为单位时间内流过某截面流体的体积)如图所示，长方体绝缘管道的长、宽、高分别为a、b、c，左、右两端开口，所在空间有垂直于前后面、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N，污水充满管道从左向右匀速流动，测得M、N间电压为U，污水流过管道时受到的阻力大小是fkLv2，其中k为比

9、例系数，L为污水沿流速方向的长度，v为污水的流速，则有()A污水的流量QB金属板M的电势不一定高于金属板N的电势C电压U与污水中的离子浓度有关D左、右两侧管口的压强差为变式1如图所示，一绝缘容器内部为长方体空腔，容器内盛有NaCl的水溶液，容器上下端装有铂电极A和C，置于与容器表面垂直的匀强磁场中，开关K闭合前容器两侧P、Q两管中液面等高，闭合开关后()A.M处钠离子浓度等于N处钠离子浓度B.M处氯离子浓度小于N处氯离子浓度C.M处电势高于N处电势D.P管中液面高于Q管中液面6.霍尔元件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电势差例 中国科学家发现了量子反常霍尔效

10、应，杨振宁称这一发现是诺贝尔奖级的成果如图所示，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的电势 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变式1. 智能手机中的电子罗盘功能可以通过霍尔效应实现。如图所示为厚度为h、宽度为d的长方体金属导体，放置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，当通以从左到右的恒定电流I时，测得金属导体上、下表面之间的电压为U，这种现象称为霍尔效应。下列说法正确的是()A.达到稳定

11、状态时，上表面的电势高于下表面电势B.仅增大h时，上、下表面的电势差减小C.金属导体单位体积内的自由电荷数为D.在导体内自由电荷向某一侧聚集的过程中，所受的洛伦兹力做正功【巩固练习】1.如图所示为质谱仪的结构原理图，若从金属筒内同一位置由静止释放氢的三种同位素氕、氘、氚的原子核不计重力，经相同的电场加速和磁场偏转后分别打在照相底片上的A、B、C三个点，则氕、氘、氚原子核（）A进入磁场时的速度相同B氚在磁场中运动的时间最短C氕在电场中加速的时间最长D打在照相底片上相邻两点间距离AB、BC之比为2.1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，凭借此项成果，他于1939年获得诺贝尔物理学奖，其原理

12、如图所示，置于真空中的形金属盒半径为，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略；磁感应强度为的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为，加速电压为。若A处粒子源产生质子的质量为、电荷量为，在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（）A带电粒子由加速器的边缘进入加速器B被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大C质子离开回旋加速器时的最大动能与形盒半径成正比D该加速器加速质量为、电荷量为的粒子时，交流电频率应变为3如图所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，匀强电场方向竖直向下，有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域不计重力，则()A 若电子以相同的速率从右向

13、左飞入，电子也沿直线运动B若电子以相同的速率从右向左飞入，电子将向下偏转C若电子以相同的速率从左向右飞入，电子将向下偏转D若电子以相同的速率从左向右飞入，电子也沿直线运动4、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d20 cm，磁场的磁感应强度大小为B5 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P100 W的灯泡正常发光，且此时灯泡电阻为R100 ，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

14、该发电机的电动势为50 VC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6.251018个离子打在金属板N上6、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ab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 V，磁

15、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()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7、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尔电压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IneSv.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 BUH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求得导体X1、X2两面间的电阻9