电子仪器模型大盘点--2024年高考物理二轮热点模型含答案.pdf

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1、1电子仪器模型大盘点电子仪器模型大盘点目录一、电容器模型二质谱仪模型三回旋加速器模型四速度选择器模型五磁流体发电机模型六电磁流量计模型七霍尔元件模型八电子感应加速器模型一、电容器模型一、电容器模型1.电容器(1)组成：由两个彼此绝缘又相距很近的导体组成。(2)带电荷量：一个极板所带电荷量的绝对值。(3)电容器的充、放电充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的异种电荷，电容器中储存电场能。放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能。2.电容定义电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比定义式C=QU；单位：法拉(F)、微法(F)、皮法(pF)

2、。1 F=106F=1012pF意义表示电容器容纳电荷本领的高低决定因素由电容器本身物理条件(大小、形状、相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及两极板间是否存在电压无关3.平行板电容器的电容(1)决定因素：极板的正对面积，电介质的相对介电常数，两板间的距离。(2)决定式：C=rS4kd。4.动态分析的思路电子仪器模型大盘点-2024年高考物理二轮热点模型25.两类动态分析的比较二质谱仪模型二质谱仪模型(1)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，qU=12mv2。粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB=mv2r。由以上两式可得r=1

3、B2mUq，m=qr2B22U，qm=2UB2r2。三回旋加速器模型三回旋加速器模型(1)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。(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由qvB=mv2R，得Ekm=q2B2R22m，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径R决定，与加速电压无关。四速度选择器模型四速度选择器模型1.原理：平行板中匀强电场E和匀强磁场B互相垂直。E与B的方向要匹配，带电粒子由左向右通过速度选择器，有如图甲、乙两种方向组合，带电粒子沿直线匀速通过速度选择器时有qvB=qE。2.选择速

4、度：v=EB注意(1)只能选择粒子的速度，不能选择粒子的电性、电荷量、质量。(2)具有单一方向性：在图甲、乙中粒子只有从左侧射入才可能做匀速直线运动，从右侧射入则不能。五磁流体发电机模型五磁流体发电机模型1.原理：如图所示，等离子体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在B、A板上，产生电势差，它可以把其他形式的能通过磁场转化为电能。32.理解：(1)电源正、负极判断：根据左手定则可判断出图中的B板是发电机的正极。(2)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

5、场力和洛伦兹力平衡时，两极板间达到的最大电势差为 U(即电源电动势)，则qUl=qvB，即U=Blv。(3)电源内阻：r=lS。(4)回路电流：I=Ur+R。六电磁流量计模型六电磁流量计模型1.工作原理：如图所示，圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下会发生纵向偏转，使得a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间电势差就保持稳定，只要测得圆形导管直径d，平衡时a、b间电势差U，磁感应强度B等有关量，即可求得液体流量Q(即单位时间流过导管某一截面的导电液体的体积)。2.有关关系：(1)导管

6、的横截面积S：S=d24。(2)导电液体的流速v：自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，有qvB=qE=qUd，可得v=UBd。(3)液体流量Q：Q=Sv=d24UBd=dU4B。(4)a、b端电势高低的判断：根据左手定则可得ab。七霍尔元件模型七霍尔元件模型1.模型：如图所示，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。2.电势高低的判断：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的电势高。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

7、算：导体中的自由电荷(电荷量为q)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=qUh，I=nqvS，S=hd，联立得U=BInqd=kBId，其中k=1nq称为霍尔系数。模型(四)霍尔元件八电子感应加速器模型八电子感应加速器模型即使没有导体存在，变化的磁场以在空间激发涡旋状的感应电场，电子感应器就是应用了这个原理，电子加速器是加速电子的装置，他的主要部分如图所示，画斜线的部分为电磁铁两极,在其间隙安放一个环形真空室,电磁铁用频率为每秒数十周的强大交流电流来励磁，使两极间的磁感应强度B往返变化，从而在环形真空室内感应

8、出很强的感应涡旋电场，用电子枪将电子注入唤醒真空室，他们在涡旋电场的作用下被加速，同时在磁场里受到洛伦兹力的作用，沿圆规道运动。4如何使电子维持在恒定半径为R的圆规道上加速，这对磁场沿径向分布有一定的要求，设电子轨道出的磁场为B，电子做圆周运动时所受的向心力为洛伦兹力，因此:eBv=mv2Rmv=ReB也就是说，只要电子动量随磁感应强度成正比例增加，就可以维持电子在一定的轨道上运动。1 1(20242024 上 山西太原 高三统考期末)如图所示，平行板电容器两极板 A、B 与直流电源 E、理想二极管连接，电源负极接地。初始时电容器不带电，闭合开关稳定后，一带电油滴在电容器中的 P点恰好能处于静

9、止状态。下列说法正确的是()A.将极板A向下平移后，油滴在P点的电势能EP增大B.将极板B向下平移后，油滴在P点的电势能EP增大C.将极板B向下平移后，带电油滴静止不动D.将极板B向左平移一小段距离后，P点的电势升高2 2(20242024上 天津 高三天津市宝坻区第一中学校联考期末)如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，下列说法正确的是()5A.甲图如果改变加速电压，那么粒子最终的最大动能也随之改变B.乙图可通过减小A、B板之间的距离来增大电源电动势C.丙图不能判断出带电粒子的电性，粒子从左侧或者右侧都可以沿直线匀速通过速度选择器D.丁图中产生霍尔效应时，

10、稳定时可能是C侧面电势高3 3(20232023 湖北 模拟预测)现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图甲所示，上、下为电磁体的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁体线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。已知环形真空室的内径为r，其内有匀强磁场B1，方向如乙图所示。电子轨道所处的环形区域内有匀强磁场B2，可使质量为m，电荷量为e的电子在环形区域内做半径为 R的圆周运动，圆心为磁场区域的圆心。现令B1和B2均随时间均匀地变化：B1=B10+k1t，B2=B20+k2t(k1、k2均大于0)

11、，已知均匀变化的磁场所在的区域会产生感生电场且距离磁场中心相等的距离上，感生电场的电场强度的大小相等。(1)求t=0时刻电子轨道内部的磁通量；(2)结合电动势的定义：回路中的电动势等于将单位正电荷沿回路移动一周的过程中非静电力所做的功，求电子所在轨道处感生电场的电场强度的大小；(3)为了使电子始终保持在同一圆周上运动，确定k2与k1之间的关系。1(20242024上 天津和平 高三天津一中校考期末)如图所示，关于带电粒子(不计重力)在以下四种器件中运动，下列说法正确的是()A.甲图中，含有大量正、负离子的废液从圆柱形容器甲右侧流入左侧流出，磁场B垂直纸面向里，只需测量磁感应强度大小B及M、N两

12、点间电压U，就能够推算污水的流量B.乙图中，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小C.丙图中，等离子体进入A、B极板之间后，A极板电势低于B极板电势D.丁图中，从左侧射入的带负电粒子，若速度满足v0，则霍尔元件的自由电荷为正电荷D.丁中长宽高分别为a、b、c的电磁流量计加上如图所示磁场，若流量Q恒定，前后两个金属侧面的电压7与a、b无关5(20242024上 天津和平 高三天津一中校考期末)霍尔元件可以制成位移传感器。如图，将其置于两块完全相同、同名磁极相对放置的磁体间隙中。物体在x轴方向有微小移动。在装置中心附近，磁感应强度的大小与位移成正比。电流沿+z方向且保持不变。下列说法正确

13、的有()A.该传感器只能测量位移大小，不能测量位移方向B.该传感器依据电压制作的位移刻度分布不均匀C.若载流子为正电荷，元件在中心左侧，则下极板电势高于上极板D.若载流子为负电荷，元件在中心右侧，则上极板电势高于下极板6(20232023上 上海普陀 高三上海市宜川中学校考阶段练习)磁流体发电是一项新兴技术，其发电原理如图所示，平行金属板之间有方向垂直纸面向里的匀强磁场，金属板间距为d，磁感应强度大小为B。将一束含有大量正、负带电离子的等离子体，沿图中所示方向以一定的速度喷入磁场，把两个极板与一个小型电动机相连，开关S闭合，小型电动机正常工作，电动机两端电压为U，通过电动机电流为I，已知磁流体

14、发电机的等效内阻为r，则以下判断正确的()A.流过电动机的电流方向是baB.磁流体发电机的电动势大小为UC.等离子体射入磁场的速度大小U+IrBdD.电动机正常工作的发热功率为I2r7(20232023上 山东淄博 高三校考开学考试)电磁流量计是随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。主要有直流式和感应式两种。如图所示直流式电磁流量计，外加磁感应强度为B的水平匀强磁场垂直于管轴，在竖直径向a、b处装有两个电极，用来测量含有大量正，负离子的液体通过磁场时所产生的电势差大小U。液体的流量Q可表示为Q=1kUABd，其中d为管道直径，k为修正系数，用来修正导出公式时未计及的因素(如流量计

15、管道内的流速并不均匀等)的影响。那么A应该为()A.恒定常数B.管道的横截面积C.液体的流速D.液体中单位时间内流过某一横截面的电荷量88(20232023上 福建厦门 高三厦门双十中学校考阶段练习)如图所示，上图是我国正负电子对撞机的核心部件的纵截面图，交变电流由两个平行正对的很强的电磁铁之间夹一个环形真空管道组成。如图为正负电子轨道的俯视图，电磁铁中通入高频正弦交流电，当对撞机正常工作时，下列说法中正确的是()A.电磁铁中通入恒定直流电流也能使正负电子加速B.正负电子受到洛伦兹力作用而被加速C.正负电子是被环形轨道内感应出来的电场加速的D.电子获得的最大动能，与电磁铁中交流电的频率高低无关

16、，而与电压大小有关9(20232023上 广东 高三校联考阶段练习)如图所示，上方是我国正负电子对撞机的核心部件的纵截面图，交变电流由两个平行正对的很强的电磁铁之间夹一个环形真空管道组成。图为正负电子轨道的俯视图，电磁铁中通入高频正弦交流电，当对撞机正常工作时，下列说法中正确的是()A.电磁铁中通入恒定直流电流也能使正负电子加速B.正负电子受到洛伦兹力作用而被加速C.正负电子是被环形轨道内感应出来的电场加速的D.电磁铁中交流电的频率越低，电子获得的最大动能越大10(20232023上 河南濮阳 高三油田第一中学校考阶段练习)如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源(不计内阻)连接，下极板接

17、地，开关S初始闭合，一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态，下列说法正确的是()9A.油滴带正电荷B.将上极板向上移动一小段距离，电容器放电C.上极板向左平移一小段距离，油滴向上运动D.断开开关S，将下极板向下平移一小段距离，P点电势降低11(20242024 陕西渭南 统考一模)手机触摸屏多数采用的是电容式触摸屏，其原理可简化为如图所示的电路。平行板电容器的上、下两极板A、B分别接在一恒压直流电源的两端，上极板A为两端固定的可动电极，下极板B为固定电极。当用手指触压屏幕上某个部位时，可动电极的极板会发生形变，从而改变电容器的电容。当压力F增大时()A.电容器的电容变小B.电容器所带电

18、荷量不变C.电阻R上有从a到b的电流D.极板间的电场强度不变12(20232023 安徽淮北 统考一模)如图所示，两平行金属板A、B水平放置，两板间距d=10cm。电源电动势E=10V，内阻不计，定值电阻R=5，滑动变阻器R1的最大阻值为20。闭合开关S1、S2，调节滑片，待电路稳定后，将一带电的小球以初速度v0=1m/s从两板中心轴线水平射入板间，小球恰能匀速通过两板。已知小球的电荷量q=-210-3C，质量为m=110-2kg，不考虑空气阻力，重力加速度g取10m/s2。下列说法正确的是()A.小球匀速通过极板时，A、B间的场强为5V/mB.小球匀速通过极板时，滑片P处于R1中间位置C.开

19、关S1、S2保持闭合，将滑片P下移，小球可能撞击A板D.断开开关S2，滑片位置不变，将B板下移少许，小球仍能匀速穿过极板二、多选题二、多选题13(20242024 全国 高三专题练习)霍尔效应是美国物理学家霍尔(E。H。Hall)于1879年发现的。其原理如图所示，一块长为a、宽为b、高为c的长方体金属元件，单位体积内自由电子数为n，导体的电阻率为，电子的电量大小为e，在导体的左右两端加上恒定电压U和方向垂直于上表面向下的匀强磁场，磁感应10强度为B，在导体前后表面之间产生稳定的电势差，称为霍尔电压。下列说法正确的是()A.导体前表面的电势低于后表面的电势B.导体中电流的大小为UbacC.导体

20、中自由电荷定向移动平均速率大小为UnecD.霍尔电压的大小为BUbnea14(20232023上 辽宁朝阳 高三校联考阶段练习)磁流体发电机如图所示，间距d=0.01m的平行金属板P、Q之间有磁感应强度大小B=0.01T的匀强磁场，将一束等离子体以大小v=1.4105m/s的速度喷人磁场。已知磁流体发电机等效内阻R1=3，定值电阻R0=2，电压表为理想交流电表。闭合开关S，小灯泡恰好正常发光时，电压表的示数为10V，不考虑温度对小灯泡电阻的影响。下列说法正确的是()A.金属板Q带正电B.通过定值电阻R0的电流为2AC.小灯泡的电阻为1D.小灯泡的额定功率为8W15(20232023上 河南 高

21、三校联考阶段练习)电磁流量计可以测量截面为圆形的污水管内污水流量，其简化结构如图所示，污水管直径为 D，管壁绝缘，其左右两侧有一对电极a和b，通电线圈通有图示方向电流，形成的磁场方向与污水管垂直，磁感应强度大小为 B，已知单位时间内流过管道横截面的液体体积叫做液体的流量。当污水如图所示的方向流过测量管时，稳定工作后电压表示数为U，则下列说法正确的是()11A.a点电势高，b 点电势低B.a 点电势低，b点电势高C.该污水管的流量为DU4BD.该污水管的流量为DU2B16(20242024 江西景德镇 江西省乐平中学校联考一模)为了测量某化肥厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所

22、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，在垂直于上下表面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个内侧面固定有金属板作为电极，含有正负离子的污水充满流量计管道，并以稳定的速度从左向右流过该装置，用电压表测出两个电极间的电压为U，用O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()A.污水中的离子浓度越高，电压表的示数就会越大B.应该把电压表的正极连接在后内侧面金属板上C.若污水的流速很小，则可以减弱磁场以增大电压表的示数D.若电压表示数增加到两倍，则反映出污水的流量达到了两倍17(20232023上 青海海东 高三校考阶段练习)电子感应加速器的

23、基本原理如图所示，图中上部分为侧视图、下部分为俯视图，图中上、下为两个电磁铁，电磁铁线圈中电流的大小、方向可以调节。电磁铁在两极间产生的磁场的磁感应强度大小B1随时间t均匀增大，且B1=kt(k为常量)。变化的磁场在真空室内激发出感生电场，其电场线是在同一平面内的一系列同心圆，产生的感生电场使电子加速，另外在两圆之间有方向垂直纸面、磁感应强度大小随时间变化的“轨道约束”磁场B2，恰能使电子在两圆之间贴近内圆在“轨道约束”磁场B2中做半径为R的圆周运动。若电子沿顺时针方向运动，则下列说法正确的是()A.通入电磁铁线圈中的电流方向与图示方向相反B.“轨道约束”磁场B2的方向为垂直纸面向外C.电子轨

24、道上感生电场的场强为12kRD.电子运行一周动能的增加量为ekR218(20242024上 山西太原 高三统考期末)如图所示，平行板电容器两极板A、B与直流电源E、理想二极管连接，电源负极接地。初始时电容器不带电，闭合开关稳定后，一带电油滴在电容器中的P点恰好能处于静止状态。下列说法正确的是()12A.将极板A向下平移后，油滴在P点的电势能EP增大B.将极板B向下平移后，油滴在P点的电势能EP增大C.将极板B向下平移后，带电油滴静止不动D.将极板B向左平移一小段距离后，P点的电势升高19(20242024上 河北保定 高三定州市第二中学校联考期末)电容式传感器以其优越的性能在汽车中有着广泛的应

25、用，某物理兴趣小组研究一电容传感器的性能，图甲为用传感器在计算机上观察电容器充、放电现象的电路图，E为电动势恒定的电源(内阻忽略不计)，R为阻值可调的电阻，C为电容器，将单刀双挪开关S分别拨到a、b，得到充、放电过程电路中的电流I与时间t的关系图像，如图乙所示。下列说法正确的是()A.开关接a时，电容器充电，上极板带正电，且电荷量逐渐增大B.开关接a后的短暂过程中，有电子从下极板穿过虚线到达上极板C.仅增大电阻R的阻值，电流图线与t轴在t1t2时间内所围图形的面积将变大D.仅将电容器上下极板水平错开些，电流图线与t轴在t3t4时间内所围图形的面积将变小20(20232023上 天津武清 高三天

26、津市武清区杨村第一中学校考阶段练习)如图所示，有一带电液滴静止于电容器两极板间，电源内阻不可忽略，现将滑动变阻器滑片向上移动少许，稳定后三个灯泡依然能够发光，则下列说法中正确的是()A.小灯泡L1、L3变暗，L2变亮B.电流表始终存在从左向右的电流C.该液滴将向上移动D.电源的输出功率变大，效率将增大三、解答题三、解答题21(20242024上 山东枣庄 高三统考期末)如图所示，平行正对金属板a、b带有等量异种电荷，极板间形成电场强度为E0=1105N/C的匀强电场，该空间同时分布有跟电场正交且垂直于纸面向里的匀强磁场，磁13感应强度大小B0=1T。金属板右侧匀强磁场的边界线Q、R、M均垂直于

27、两极板的中间线PO，边界线Q与中间线PO交于O点，QR之间的磁场的方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B1=1T，磁场宽度d1=0.6m，RM之间的磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B2=4T，边界M右侧存在方向水平向左的匀强电场，电场强度大小为E。一带正电的粒子以平行于金属板的速度v0从左侧进入正交场区域，沿中间线PO向右运动，从圆孔穿后由O点进入磁场B1，并恰好返回O点。已知边界RM之间的磁场宽度d2可以在一定范围内调节，粒子的比荷为qm=1105C/kg，不计粒子的重力，求：(1)带电粒子的速度v0；(2)若粒子恰好不进人边界M右侧的电场，磁场B2的宽度d2；(3)若粒子能够进入边界

28、M右侧的电场，请写出E与d2的关系式；(4)若d2=35cm时，粒子从O进入磁场到返回O所经历的时间。22(20242024上 北京石景山 高三统考期末)如图所示，水平放置的两块带电金属极板a、b平行正对，极板长度和极板间距都为L，板间存在方向竖直向下、场强大小为E的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场。一质量为m、带电荷量为+q的粒子，以水平速度v0从两极板的左端正中央射入极板间，恰好做匀速直线运动。不计粒子的重力及空气阻力。(1)求匀强磁场磁感应强度B的大小；(2)若撤去磁场，粒子能从极板间射出，求粒子刚穿出电场时的动能Ek；(3)若撤去电场，调整磁感应强度B的大小使粒子刚好能从极板a的右端

29、射出，求粒子穿过磁场过程中运动方向的偏转角度。23(20232023 吉林 统考二模)如图所示，某磁仪器由粒子源、偏转电场、速度选择区、偏转磁场及探测板等组成。粒子源可以产生比荷为k的带正电粒子，以初速度v0水平飞入两平行金属板中的偏转电场，入射点贴近上板边缘。两水平金属板间距为d，两板间电压为v202k。带电粒子由偏转电场飞出后，立即进入宽度为d的速度选择区做匀速直线运动，该区域存在垂直纸面向里的匀强磁场(图中未画出)和与水平方向成45的电场强度为E的匀强电场。最后经磁感应强度为B的匀强磁场偏转后恰好能够打在探测板上。不计带电粒子的重力和粒子间的相互作用力，求：(1)偏转电场两金属板长L；1

30、4(2)速度选择区匀强磁场的磁感应强度大小B0。(3)偏转磁场区域宽度D。24(20232023上 云南昆明 高三昆明一中校考阶段练习)质谱仪是一种检测和分离同位素的仪器。如图所示，氦的两种同位素32He和42He的原子核从容器A下方的狭缝S1飘入电势差为U0的加速电场，飘入时的速度忽略不计，然后经过狭缝S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片上。落点M到狭缝S3的距离为d，32He和42He的电荷量均为2e，忽略带电粒子的重力及相互间作用力。(1)已知打到M点的是42He粒子，根据落点位置求出其质量的表达式。(2)若某些42He粒子进入磁场后，形成等效电流为I

31、的粒子束，垂直打在照相底片上的P点(图中未画出)形成一个曝光点，粒子均被吸收，求42He粒子束单位时间内对P点的冲击力大小F。(3)已知带电粒子从狭缝S3进入磁场时与磁场边界的垂线方向存在一个很小的散射角，若加速电场的电势差在(U0-U)到(U0+U)之间变化，要使32He和42He在底片上的落点没有重叠，求U应满足的条件。25(20242024上 河南 高三校联考阶段练习)如图所示的质谱仪由粒子室、加速电场、速度选择器和匀强的偏转磁场四部分组成。加速电场的加速电压为U，速度选择器两极板间的距离为d，电势差为U2，磁感应强度(未知)。粒子室内充有大量11H和21H，粒子从狭缝S1飘入加速电场的

32、初速度不计，经加速电场加速后从狭缝S2垂直于电场及磁场进入速度选择器中，11H沿直线通过速度选择器，从O点垂直于偏转磁场的边界射入偏转磁场，21H从距O点正下方距离d4的位置、与磁场边界成角进入偏转磁场，偏转磁场磁感应强度大小为B。在偏转磁场边界处放置两个粒子收集装置(图中未画出)，收集两种粒子。不计粒子的重力及粒子间的相互作用力，设质子和中子的质量均为m，质子的电荷量为e。求：(1)速度选择器中磁场的磁感应强度大小B0；(2)两粒子收集装置间的距离x。1526(20232023上 天津红桥 高三统考期末)回旋加速器的工作原理如图1所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间狭缝的间距为d，磁

33、感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质量为m，电荷量为+q，加在狭缝间的交变电压如图所示，若加在两盒狭缝间的交变电压的峰值为U，周期T=2mBq。一束粒子在t=0T2时间内均匀的飘入两盒间狭缝，不考虑粒子间的相互作用，不考虑粒子从最后一次加速至从引出装置射出过程的时间。(1)若忽略带电粒子通过两盒间狭缝的时间。求：带电粒子经过1次加速后的速度大小v1和带电粒子从回旋加速器引出装置射出时所获得的最大动能Ekm带电粒子在回旋加速器中运动的总时间t总(2)若带电粒子通过两盒间狭缝的时间不可忽略，且能够射出的粒子每次经过狭缝均做匀加速运动。现要求飘入狭缝的带电粒子中至少有99%可以射出，则狭

34、缝的间距d最大应该为多少？27(20242024 全国 高三专题练习)加速器在核物理和粒子物理研究中发挥着巨大的作用，回旋加速器是其中的一种。如图是某回旋加速器的结构示意图，D1和D2是两个中空的、半径为R的半圆型金属盒，两盒之间窄缝的宽度为d，它们之间有一定的电势差U。两个金属盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，D1盒的中央A处的粒子源可以产生质量为m、电荷量为+q的粒子，粒子每次经过窄缝都会被接交流电源的电场加速，之后进入磁场做匀速圆周运动，经过若干次加速后，粒子从金属盒边缘D1离开。忽略粒子的初速度、粒子的重力、粒子间的相互作用及相对论效应。(1)求粒子在磁场中运动半圈的时

35、间t；(2)求粒子离开加速器时获得的最大动能Ekm；(3)D1和D2金属盒之间窄缝的宽度很小，因此粒子在两盒间的电场加速的时间通常可以忽略不计。在这种情况下，分析计算粒子从A点开始运动到离开加速器的时间。(4)已知该回旋加速器金属盒的半径R=1m，窄缝的宽度d=0.1cm，若考虑粒子在两盒间的电场加速的时间，求粒子从A点开始运动到离开加速器的过程中，其在磁场中运动时间与在电场中运动时间之比。(结果保留两位有效数字)(注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题中做必要的说明)161电子仪器模型大盘点电子仪器模型大盘点目录一、电容器模型二质谱仪模型三回旋加速器模型四速度选择器模型五

36、磁流体发电机模型六电磁流量计模型七霍尔元件模型八电子感应加速器模型一、电容器模型一、电容器模型1.电容器(1)组成：由两个彼此绝缘又相距很近的导体组成。(2)带电荷量：一个极板所带电荷量的绝对值。(3)电容器的充、放电充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的异种电荷，电容器中储存电场能。放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能。2.电容定义电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比定义式C=QU；单位：法拉(F)、微法(F)、皮法(pF)。1 F=106F=1012pF意义表示电容器容纳电荷本领的高低决定因素由电容器本身物理条件(大小、形

37、状、相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及两极板间是否存在电压无关3.平行板电容器的电容(1)决定因素：极板的正对面积，电介质的相对介电常数，两板间的距离。(2)决定式：C=rS4kd。4.动态分析的思路25.两类动态分析的比较二质谱仪模型二质谱仪模型(1)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，qU=12mv2。粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB=mv2r。由以上两式可得r=1B2mUq，m=qr2B22U，qm=2UB2r2。三回旋加速器模型三回旋加速器模型(1)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

38、电源，D形盒处于匀强磁场中。(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由qvB=mv2R，得Ekm=q2B2R22m，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径R决定，与加速电压无关。四速度选择器模型四速度选择器模型1.原理：平行板中匀强电场E和匀强磁场B互相垂直。E与B的方向要匹配，带电粒子由左向右通过速度选择器，有如图甲、乙两种方向组合，带电粒子沿直线匀速通过速度选择器时有qvB=qE。2.选择速度：v=EB注意(1)只能选择粒子的速度，不能选择粒子的电性、电荷量、质量。(2)具有单一方向性：在图甲、乙中粒子只有从左侧射入才可能做匀速直线运动，从

39、右侧射入则不能。五磁流体发电机模型五磁流体发电机模型1.原理：如图所示，等离子体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在B、A板上，产生电势差，它可以把其他形式的能通过磁场转化为电能。32.理解：(1)电源正、负极判断：根据左手定则可判断出图中的B板是发电机的正极。(2)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(即电源电动势)，则qUl=qvB，即U=Blv。(3)电源内阻：r=lS。(4)回路电流：I=Ur

40、+R。六电磁流量计模型六电磁流量计模型1.工作原理：如图所示，圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下会发生纵向偏转，使得a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间电势差就保持稳定，只要测得圆形导管直径d，平衡时a、b间电势差U，磁感应强度B等有关量，即可求得液体流量Q(即单位时间流过导管某一截面的导电液体的体积)。2.有关关系：(1)导管的横截面积S：S=d24。(2)导电液体的流速v：自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，有qvB=qE=qUd，可得v=UBd。(3)液体流量Q：Q=S

41、v=d24UBd=dU4B。(4)a、b端电势高低的判断：根据左手定则可得ab。七霍尔元件模型七霍尔元件模型1.模型：如图所示，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。2.电势高低的判断：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的电势高。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(电荷量为q)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q

42、vB=qUh，I=nqvS，S=hd，联立得U=BInqd=kBId，其中k=1nq称为霍尔系数。模型(四)霍尔元件八电子感应加速器模型八电子感应加速器模型即使没有导体存在，变化的磁场以在空间激发涡旋状的感应电场，电子感应器就是应用了这个原理，电子加速器是加速电子的装置，他的主要部分如图所示，画斜线的部分为电磁铁两极,在其间隙安放一个环形真空室,电磁铁用频率为每秒数十周的强大交流电流来励磁，使两极间的磁感应强度B往返变化，从而在环形真空室内感应出很强的感应涡旋电场，用电子枪将电子注入唤醒真空室，他们在涡旋电场的作用下被加速，同时在磁场里受到洛伦兹力的作用，沿圆规道运动。4如何使电子维持在恒定半

43、径为R的圆规道上加速，这对磁场沿径向分布有一定的要求，设电子轨道出的磁场为B，电子做圆周运动时所受的向心力为洛伦兹力，因此:eBv=mv2Rmv=ReB也就是说，只要电子动量随磁感应强度成正比例增加，就可以维持电子在一定的轨道上运动。1 1(20242024 上 山西太原 高三统考期末)如图所示，平行板电容器两极板 A、B 与直流电源 E、理想二极管连接，电源负极接地。初始时电容器不带电，闭合开关稳定后，一带电油滴在电容器中的 P点恰好能处于静止状态。下列说法正确的是()A.将极板A向下平移后，油滴在P点的电势能EP增大B.将极板B向下平移后，油滴在P点的电势能EP增大C.将极板B向下平移后，

44、带电油滴静止不动D.将极板B向左平移一小段距离后，P点的电势升高【答案】CD【详解】A由C=S4kd极板A向下平移，减少d，增大C，电容器充电，极板间电势差不变，由E=Ud电场强度增大，由5P=E PBP点电势升高，油滴带负电，则在P点的电势能EP减小，故A错误；BC同理，将极板B向下平移后，增大d，减小C，电容器放电，但由于与二极管相连，此时二极管不导通，所以极板间电量不变，由C=S4kdQ=CUE=Ud得E=4kQS可知电场强度不变，油滴受到向上的电场力不变，所以油滴还是静止不动。PB距离增大，由U=Ed可知P点电势升高，油滴带负电，则在P点的电势能EP减小。故B错误，C正确；D.将极板B

45、向左平移一小段距离后，正对面积减小，电容减小，电容器放电，但由于与二极管相连，此时二极管不导通，所以极板间电量不变，由BC中公式可知电场强度增大，P点的电势升高。故D正确。故选CD。2 2(20242024上 天津 高三天津市宝坻区第一中学校联考期末)如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，下列说法正确的是()A.甲图如果改变加速电压，那么粒子最终的最大动能也随之改变B.乙图可通过减小A、B板之间的距离来增大电源电动势C.丙图不能判断出带电粒子的电性，粒子从左侧或者右侧都可以沿直线匀速通过速度选择器D.丁图中产生霍尔效应时，稳定时可能是C侧面电势高【答案】D【

46、详解】A根据洛伦兹力提供向心力qvB=mv2r设回旋加速器D形盒的半径为R，可推导出粒子的最大动能为Ek=12mv2=q2B2R22m由此可知，粒子的最大动能与加速电压无关，故A错误；B当磁流体发电机达到稳定时，电荷在A、B板间受到电场力和洛伦兹力平衡，即qvB=Udq电源电动势为U=Bvd可知乙图可通过减小A、B板之间的距离来减小电源电动势，故B错误；C粒子从左侧沿直线匀速通过速度选择器时，无论正电荷还是负电荷电场力与洛伦兹力方向相反，如果从右侧沿直线匀速通过速度选择器时，无论正电荷还是负电荷电场力与洛伦兹力方向相同，因此只能从6左侧进入，故C错误；D若载流子带负电，洛伦兹力指向D侧面，载流

47、子向D侧面聚集，D侧面电势低，C侧面电势高，故D正确。故选D。3 3(20232023 湖北 模拟预测)现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图甲所示，上、下为电磁体的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁体线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。已知环形真空室的内径为r，其内有匀强磁场B1，方向如乙图所示。电子轨道所处的环形区域内有匀强磁场B2，可使质量为m，电荷量为e的电子在环形区域内做半径为 R的圆周运动，圆心为磁场区域的圆心。现令B1和B2均随时间均匀地变化：B1=B10+k1t，B2

48、=B20+k2t(k1、k2均大于0)，已知均匀变化的磁场所在的区域会产生感生电场且距离磁场中心相等的距离上，感生电场的电场强度的大小相等。(1)求t=0时刻电子轨道内部的磁通量；(2)结合电动势的定义：回路中的电动势等于将单位正电荷沿回路移动一周的过程中非静电力所做的功，求电子所在轨道处感生电场的电场强度的大小；(3)为了使电子始终保持在同一圆周上运动，确定k2与k1之间的关系。【答案】(1)=(B10r2+B20R2-B20r2)；(2)E=k1r2+k2R2-k2r22R；(3)k2=r2R2+r2k1【详解】(1)如图所示t=0时刻，由磁通量计算公式=B10S1+B20S2其中7S1=

49、r2S2=R2-r2解得=(B10r2+B20R2-B20r2)(2)由法拉第电磁感应定律计算感生电动势=t=(k1r2+k2R2-k2r2)由电动势等于沿回路移动单位正电荷一周的过程中非静电力所做的功计算感生电动势=E2R联立可得E=k1r2+k2R2-k2r22R(3)电子在同一轨道运动时，洛伦兹力提供向心力evB2=mv2R解得B2=mveR则B2=(mv)eR=mvteRt=maeRt=FeRt电子沿固定轨道运动时，电场力提供电子沿切线方向的合外力，即F=ma=eE变形得B2t=k2=k1r2+k2R2-k2r22R2解得k2=r2R2+r2k11(20242024上 天津和平 高三天

50、津一中校考期末)如图所示，关于带电粒子(不计重力)在以下四种器件中运动，下列说法正确的是()A.甲图中，含有大量正、负离子的废液从圆柱形容器甲右侧流入左侧流出，磁场B垂直纸面向里，只需测量磁感应强度大小B及M、N两点间电压U，就能够推算污水的流量B.乙图中，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小C.丙图中，等离子体进入A、B极板之间后，A极板电势低于B极板电势8D.丁图中，从左侧射入的带负电粒子，若速度满足vEB，将向下极板偏转【答案】C【详解】A离子流动过程中，有qvB=qUd污水的流量为单位时间内通过横截面积的体积，即Q=Vt=Svtt=Sv联立，解得Q=UBd题目中少了d，无法