创新方案2014年高考物理精品教学案与知能检测 8.4带电粒子在复合场中运动的应用实例（27页Word）

创新方案2014年高考物理精品教学案与知能检测 8.4带电粒子在复合场中运动的应用实例（27页Word）内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 速度选择器(如图 841 所示)图 841(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)带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器的条件是 Eq v。 )粒子是否能通过速度选择器，只与速度有关，与粒子的种类、带电正负无关。 2回旋加速器(1)构造：如图 842 所示，D 1、D 2 是半圆金属盒，D 形盒的缝隙处接高频交流电源。 D 形盒处于匀强磁场中。 图 842(2)工作原理：电场加速 E k。 磁场约束偏转 m ， v r。 速条件：高频电源的周期与带电粒子在 D 形盒中运动的周期相等，即 2、 T 电场 T 回旋。 2流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把机械能直接转化为 电能。 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (2)根据左手定则，如图 843 中的 B 是发电机正极。 图 843(3)磁流体发电机两极板间的距离为 d，等离子体速度为 v，磁场的磁感应强度为 B，则两极板间能达到的最大电势差 U电磁流量计如图 844 所示。 图 844(1)用途：电磁流量计是用来测定导电液体在导管中流动时流量的仪器。 (2)原理：设导管的直径为 d，用非磁性材料制成，磁感应强度为 B，a、b 间电势差为U，则流量 QB。 图 8455质谱仪(1)用途：质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离 3、同位素的仪器。 (2)原理：如图 845 所示，离子源 A 产生质量为 m、电荷量为 q 的正离子(所受重力不计)。 离子出来时速度很小 (可忽略不计)，经过电压为 U 的电场加速后进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期到达记录它的照相底片 D 上，测得它在D 上的位置到入口处的距离为 L，则 ，m ，L2r。 联立求解得 m12 要知道 q、B、L 与 U，就可计算出带电粒子的质量 m。 又因 mL 2，不同质量的同位素从不同处可得到分离，故质谱仪又是分离同位素的重光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址。 6霍尔效应图 846在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方 4、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，这个现象称为霍尔效应。 所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图 846 所示。 1回旋加速器的最大动能根据 得 ，可见)粒子的最大动能与加速电压无关。 加速电压影响粒子的加速次数 n 及运动时2)最大动能由 D 形盒的最大半径 R 和磁感应强度 B 决定。 2磁流体发电机、电磁流量计的共同特点(1)根据左手定则，可以确定正、负粒子的偏转方向，从而确定正负极或电势高低。 (2)电势差稳定时，都有 q 界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，如图 847 表示它的原理：将一束等离子体喷射入磁场，在磁场中有两块金属板 A、B，这时金属板 5、上就会聚集电荷，产生电压，以下说法正确的是()图 847AB 板带正电BA 板带正电光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 其他条件不变，只增大射入速度，U 他条件不变，只增大磁感应强度， 左手定则，带正电的离子向下偏转打到 B 板，使 B 板带正电，带负电的离子向上偏转打到 A 板，使 A 板带负电，故 A 正确，B 错误；设 A、B 两板之间的距离为 d，当达到稳定时，飞入的带电离子受力平衡，即 q ，所以 当v 时，U C 正确；当只增大磁感应强度 B 时，U 谱仪的原理及应用命题分析 本考点是高考的热点，高考常结合电场加速及磁场偏转来考查综合分析能力，以选择题、计算题呈现。 例 1(20 6、12天津高考)对铀 235 的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义。 如图 848 所示，质量为 m、电荷量为 q 的铀 235 离子，从容器 A 下方的小孔 断飘入加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔 直于磁场方向进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，做半径为 R 的匀速圆周运动，离子行进半个圆周后离开磁场并被收集，离开磁场时离子束的等效电流为 I。 不考虑离子重力及离子间的相互作用。 图 848(1)求加速电场的电压 U；(2)求出在离子被收集的过程中任意时间 t 内收集到离子的质量 M；(3)实际上加速电压的大小会在 UU 范围内微小变化。 若容器 A 中有电荷量相同的铀235 和铀 2 7、38 两种离子，如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离，为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠， 应小于多少。 (结果用百分数表示，保留两位 )解析(1)设离子经电场加速后进入磁场时的速度为 v，由动能定理得12离子在磁场中做匀速圆周运动，所受洛伦兹力充当向心力，即m 式解得 U )设在 t 时间内收集到的离子个数为 N，总电荷量为 Q，则 QN m 由式解得 M )由式有 R 1m为铀 238 离子的质量，由于电压在 UU 之间有微小变化，铀 235 离子在磁场中最大半径为 1 U38 离子在磁场中最小半径为R 1U Ur kr k1 相应轨道上质子对应的速度大小分别为vk、v 8、k1 ，D 1、 间的电压为 U，由动能定理知2 k 1 12 2 rk(r r )k 1 21 U、q、m、B 均为定值，令 C ，由上式得41相邻轨道半径 、r k2 之差 r k2 r k1同理 1 2因为 较 r k1 得 r kr k1 相应轨道上质子对应的速度大小分别为vk、v k1 ，D 1、 间的电压为 U。 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ，知 rk1 1由动能定理知，质子每加速一次，其动能增量Ek2 盒中运动为例，第 k 次进入 ，被电场加速(2k1)次，速度大小为 2k 12子第(k1)次进入 ，速度大小为 2k 12 1 2k 12k 1整理得k 1 2k 12k 9、 1r 2k 1 k 1 22k 1r 2k 12k 11同理，对于相邻轨道半径 、r k2 ，r k1 r k2 r k1 ，整理后有 2r 2k 12k 11 2由于 较 r k1 得 速度选择器内部存在着相互垂直的场强大小为匀强电场和磁感应强度大小为 匀强磁场，照相底片 D 与狭缝 2 的连线平行且距离为 L，忽略重力的影响。 图 8417(1)求从狭缝 出的离子速度 大小；(2)若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度 向飞行的距离为 x，求出 x 与离光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (用 0、E、q、m、L 表示)。 解析：(1)能从速度选择器射出的离子满足则 )离子进入匀强偏 10、转电场 E 后做类平抛运动，则xv 0t L 12由牛顿第二定律得 qE联立解得 x 1) (2) x 0下限时集训(时间：40 分钟满分：100 分)一、选择题(本题共 7 小题，每小题 8 分，共 56 分)1在翻盖手机中，经常用霍尔元件来控制翻盖时开启或关闭运行程序。 如图 1 是霍尔元件示意图，磁场方向垂直于霍尔元件工作面，通入图示方向的电流 I，端会形成电势差 列说法正确的是 ()图 1A电势差 霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差 C仅增大 M、N 间的宽度，电势差 通过控制磁感应强度可以改变电势差 流是电荷定向运动形成的，电荷在磁场中运动由于受到洛伦兹力作用而发生偏转，在 M、N 11、间形成电压，同时电荷又受到 M、N 间电压形成的电场作用，当q ，U d 为霍尔元件宽度，v 为电荷定向移动速度，与霍尔元件的材此 尔元件的材料及形状有关，故 A 错误；由左手定则可知，若载流子是电子，则电子向 N 端偏移，U ，故 B 正确；由 q 知， 正确。 2(2012安徽名校模拟)磁流体发电机可以把气体的内能直接转化为电能，是一种低碳环保发电机，有着广泛的发展前景，其发电原理示意图如图 2 所示，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，整体上呈电中性)喷射入磁感应强度为 场区域有两块面积为 S、相距为 d 的平行金属板与外电阻 R 相连构成一电路。 设气流的速度为 v，气体的电导率(电阻率的倒数)为 g，则()图 2A两板间的电势差为 U板是电源的正极，上板是电源的负极C流经 R 的电流为 I经 R 的电流为 I D磁流体发电机电动势 E路闭合，由于电源有内阻，则两板间电压 U ，A 、B 错，B 2；因周期为 T ，运行时间为 ，所以 a 运动的时间小于 b 运动的时间，C 错。 224(2012湖南怀化检测)如图 4 所示，长方体发电导管的前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极，两极间距为 d，极板面积为 S，这两个电极与可变。