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小專題6 帶電粒子在復合場中運動的科技應用 突破1 速度選擇器 如圖Z6 1所示 圖Z6 1 1 平行板中電場強度E和磁感應強度B互相垂直 這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來 所以叫做速度選擇器 典題1 2017年福建廈門質(zhì)檢 速度選擇器的原理圖如圖Z6 2所示 已知電場強度為E 磁感應強度為B并相互垂直分布 某一帶電粒子 重力不計 沿圖中虛線水平通過 則該帶電 粒子 A 一定帶正電 B 速度大小為 EB C 可能沿QP方向運動 圖Z6 2 為qE 洛倫茲力大小F qvB qE 兩個力平衡 速度v 故C錯誤 若速度v 則粒子受到的洛倫茲力大于電場力 解析 粒子從左射入 不論帶正電還是負電 電場力大小 EB 粒子做勻速直線運動 故A錯誤 B正確 此粒子從右端沿虛線方向進入 電場力與洛倫茲力在同一方向 不能做直線運動 EB 使粒子偏轉(zhuǎn) 只有當粒子帶負電時粒子才向下偏轉(zhuǎn) 故D錯誤 答案 B 考點突破1 如圖Z6 3所示 在平行線MN PQ之間存在豎直向上的勻強電場和垂直于紙面的磁場 未畫出 磁場的磁感應強度從左到右逐漸增大 一帶電微粒進入該區(qū)域時 由于受到空氣阻力作用 恰好能沿水平直線OO 通過該區(qū)域 帶電微粒所受的重力忽略不計 運動過程帶電量不變 下列判斷正確 的是 A 微粒從左向右運動 磁場方向向里B 微粒從左向右運動 磁場方向向外 圖Z6 3 C 微粒從右向左運動 磁場方向向里D 微粒從右向左運動 磁場方向向外 解析 由微粒恰好能沿水平直線OO 通過該區(qū)域說明洛倫茲力qvB與電場力qE平衡 微粒受到空氣阻力作用 速度 逐漸減小 沿運動方向磁場的磁感應強度必須逐漸增大 因此微粒從左向右運動 磁場方向向外 B正確 答案 B 突破2 磁流體發(fā)電機 1 磁流體發(fā)電是一項新興技術 它可以把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能 2 根據(jù)左手定則 圖Z6 4中的B是發(fā)電機正極 圖Z6 4 3 磁流體發(fā)電機兩極板間的距離為L 等離子體速度為v 的最大電勢差U BLv 典題2 多選 2016年河北冀州中學高三檢測 磁流體發(fā)電機可簡化為如下模型 兩塊長 寬分別為a b的平行板 彼此相距L 板間通入已電離的速度為v的氣流 兩板間存在一磁感應強度大小為B的磁場 磁場方向與兩板平行 并與氣流垂直 如圖Z6 5所示 把兩板與外電阻R連接起來 在磁場力作用下 氣流中的正 負離子分別向兩板移動形成電流 設該 氣流的導電率 電阻率的倒數(shù) 為 則 圖Z6 5 解析 根據(jù)左手定則知正電荷向上偏 負電荷向下偏 下極板帶負電 所以流過外電阻R的電流方向為M到N 最終電荷 答案 AC 考點突破2 多選 磁流體發(fā)電機的原理示意圖如圖Z6 6所示 金屬板M N正對著平行放置 且板面垂直于紙面 在兩板之間接有電阻R 在極板間有垂直于紙面向里的勻強磁場 當?shù)入x子束 分別帶有等量正 負電荷的離子束 從左向右進入 極板時 下列說法正確的是 A N板的電勢高于M板的電勢B M板的電勢高于N板的電勢C R中有由b向a方向的電流 D R中有由a向b方向的電流 圖Z6 6 解析 根據(jù)左手定則可知正電荷向上極板偏轉(zhuǎn) 負電荷向下極板偏轉(zhuǎn) 則M板的電勢高于N板的電勢 選項A錯誤 B正確 M板相當于電源的正極 那么R中有由a向b方向的電流 選項C錯誤 D正確 答案 BD 突破3 電磁流量計 工作原理 如圖Z6 7所示 圓形導管的直徑為d 用非磁性材料制成 導電液體在管中向左流動 導電液體中的自由電荷 正 負離子 在洛倫茲力的作用下橫向偏轉(zhuǎn) a b間出現(xiàn)電勢差 形成電場 當自由電荷所受的電場力和洛倫茲力平衡 圖Z6 7 典題3 為監(jiān)測某化工廠的污水排放量 技術人員在該廠的排污管末端安裝了如圖Z6 8所示的流量計 該裝置由絕緣材料制成 長 寬 高分別為a b c 左右兩端開口 在垂直于上下底面方向加磁感應強度大小為B的勻強磁場 在前 后兩個內(nèi)側(cè)面分別固定有金屬板作為電極 污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時 電壓表將顯示兩個電極間的電壓U 若用Q表示污水流量 單位時間內(nèi)排出的污水體積 下列說法正確的是 圖Z6 8 A 若污水中正離子較多 則前表面比后表面電勢高B 若污水中負離子較多 則前表面比后表面電勢高C 污水中離子濃度越高 電壓表的示數(shù)將越大D 污水流量Q與U成正比 與a b無關 解析 無論污水中正離子多還是負離子多 由左手定則知轉(zhuǎn) 電壓表示數(shù)恒定 與污水中離子濃度無關 A B C錯誤 由Q vbc可得Q UcB Q與U成正比 與a b無關 D正確 答案 D 考點突破3 多選 2017年江西上饒二模 為了測量某化工廠的污水排放量 技術人員在該廠的排污管末端安裝了如圖Z6 9所示的流量計 該裝置由絕緣材料制成 長 寬 高分別為a 1m b 0 2m c 0 2m 左 右兩端開口 在垂直于前 后面的方向加磁感應強度為B 1 25T的勻強磁場 在上 下兩個面的內(nèi)側(cè)固定有金屬板M N作為電極 污水充滿裝置以某一速度從左向右勻速流經(jīng)該裝置時 測得兩個電極間的電壓U 1V 且污水流過該裝置時受到阻力作用 阻力f kLv 其中比例系數(shù)k 15N s m2 L為污水沿流速方向的長度 v為污水的流速 下列說法正確的是 圖K6 9 A 金屬板M電勢不一定高于金屬板N的電勢 因為污水中 負離子較多 B 污水中離子濃度的高低對電壓表的示數(shù)也有一定影響C 污水的流量 單位時間內(nèi)流出的污水體積 Q 0 16m3 sD 為使污水勻速通過該裝置 左 右兩側(cè)管口應施加的壓 強差為 p 1500Pa 答案 CD 突破4 霍爾元件 在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導體 當磁場方向與電流方向垂直時 導體在與磁場 電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢差 這個現(xiàn)象稱為霍爾效應 所產(chǎn)生的電勢差稱為霍爾電勢差 其原理如圖Z6 10所示 圖Z6 10 典題4 2017年江西南昌三校大聯(lián)考 如圖Z6 11所示 厚度為h 寬度為d的金屬導體 當磁場方向與電流方向垂直時 在導體上 下表面會產(chǎn)生電勢差 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應 下列說法正確的是 A 上表面的電勢高于下表面電勢 B 僅增大h時 上 下表面的電勢差增大 圖Z6 11 C 僅增大d時 上 下表面的電勢差減小D 僅增大電流I時 上 下表面的電勢差減小答案 C 正 正 考點突破4 如圖Z6 12所示 一段長方體形導電材料 左 右兩端面的邊長都為a和b 內(nèi)有帶電荷量為q的某種自由運動電荷 導電材料置于方向垂直于其前表面向里的勻強磁場中 內(nèi)部磁感應強度大小為B 當通以從左到右的穩(wěn)恒電流I時 測得導電材料上 下表面之間的電壓為U 且上表面的電勢比下表面的低 由此可得該導電材料單位體積內(nèi)自由運動電 荷數(shù)及自由運動電荷的正負分別為 圖Z6 12 A IB q aU 負 B IB q aU C IB q bU 負 IBD q bU 所以C項正確 A B D項錯誤 解析 建立霍爾效應模型 根據(jù)左手定則 不管正電荷還是負電荷均應該向上偏 由于上表面的電勢比下表面的電勢低 說明電荷電性為負 當導電材料上 下表面之間的電壓為U時 表達式I nqvab 解得導電材料單位體積內(nèi)自由運動的電荷數(shù) n IB q bU 答案 C 突破5 質(zhì)譜儀 1 構(gòu)造 如圖Z6 13所示 由粒子源 加速電場 偏轉(zhuǎn)磁場和照相底片等構(gòu)成 圖Z6 13 典題5 多選 質(zhì)譜儀的原理如圖Z6 14所示 從粒子源S出來時的粒子速度很小 可以看做初速度為零 粒子經(jīng)過電場加速后進入有界的垂直于紙面向里的勻強磁場區(qū)域 并沿著半圓周運動而達到照相底片上的P點 測得P點到入口的距離為 x 則以下說法正確的是 圖Z6 14A 僅加速電壓增大 其他量不變 則x增大B 僅勻強磁場增強 其他量不變 則x增大C 僅粒子的質(zhì)量增大 其他量不變 則x增大D 僅粒子的電荷量增加 其他量不變 則x增大 答案 AC 考點突破5 如圖Z6 15所示 左半部分為速度選擇器 右半部分為勻強偏轉(zhuǎn)電場 一束同位素離子流從狹縫S1射入速度選擇器 能夠沿直線通過速度選擇器并從狹縫S2射出的離子 又沿著與電場垂直的方向 立即進入電場強度大小為E的偏轉(zhuǎn)電場 最后打在照相底片D上 已知同位素離子的電荷量為q q 0 速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的電場強度大小為E0的勻強電場和磁感應強度大小為B0的勻強磁場 照相底片D與狹縫S1 S2的連線平行且距離為L 忽略重力的影響 1 求從狹縫S2射出的離子速度v0的大小 2 若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場中沿速度v0方向飛行的距離為x 求x與離子質(zhì)量m之間的關系式 用E0 B0 E q m L表示 圖Z6 15 突破6 回旋加速器 1 構(gòu)造 如圖Z6 16所示 D1 D2是半圓形金屬盒 D形盒的縫隙處接交流電源 D形盒處于勻強磁場中 圖Z6 16 子經(jīng)電場加速 經(jīng)磁場回旋 由qvB 2 原理 交流電的周期和粒子做圓周運動的周期相等 粒 mv2r 得Ekm q2B2r22m 可 見粒子獲得的最大動能由磁感應強度B和 D 形盒的半徑r決定 與加速電壓無關 典題6 2017年四川綿陽高三月考 如圖Z6 17所示 回旋加速器的核心部分是真空室中的兩個相距很近的 D 形金屬盒 把它們放在勻強磁場中 磁場方向垂直于盒面向下 連接好高頻交流電源后 兩盒間的窄縫中能形成勻強電場 帶電粒子在磁場中做圓周運動 每次通過兩盒間的窄縫時都能被加速 直到達到最大圓周半徑時通過特殊裝置引出 如果用同一回旋加 流電源的周期和引出時的最大動能 下列說法正確的是 A 加速氚核的交流電源的周期較大 氚核獲得的最大動能較大B 加速氚核的交流電源的周期較小 氚核獲得的最大動能較大C 加速氚核的交流電源的周期較大 氚核獲得的最大動能較小D 加速氚核的交流電源的周期較小 氚 核獲得的最大動能較小 圖Z6 17 答案 C 考點突破6 多選 回旋加速器的工作原理圖如圖Z6 18甲所示 D1和D2是兩個中空的半圓形金屬盒 它們之間有一定的電勢差 A處的粒子源產(chǎn)生的帶電粒子 在兩盒之間被電場加速 兩半圓形金屬盒處于與盒面垂直的勻強磁場中 所以粒子在半圓形金屬盒中做勻速圓周運動 若帶電粒子在磁場中運動的動能Ek隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示 不計帶電粒子在電場中的加速時間 不考慮由相對論效應帶來的影響 下列判斷 正確的是 甲 乙 A 在Ek t圖中應該有tn 1 tn tn tn 1B 在Ek t圖中應該有tn 1 tn tn tn 1C 在Ek t圖中應該有En 1 En En En 1D 在Ek t圖中應該有En 1 En En En 1 圖Z6 18 解析 根據(jù)帶電粒子在勻強磁場中運動的周期與速度無關可知 在Ek t圖中應該有tn 1 tn tn tn 1 選項A正確 B錯誤 由于帶電粒子在電場中加速 電場力做功相等 所以在Ek t圖中應該有En 1 En En En 1 選項C正確 D錯誤 答案 AC