2019-2020年高三物理一輪復(fù)習(xí) 帶電粒子在勻強磁場中的運動（4）-洛倫茲力與現(xiàn)代科技導(dǎo)學(xué)案.doc

2019-2020年高三物理一輪復(fù)習(xí) 帶電粒子在勻強磁場中的運動（4）-洛倫茲力與現(xiàn)代科技導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 掌握各個儀器的構(gòu)造及工作原理?！菊n中學(xué)習(xí)】1速度選擇器(1)平行板間電場強度E和磁感應(yīng)強度B互相 .這種裝置能把具有一定 的粒子選擇出來,所以叫做速度選擇器(2)粒子能夠通過選擇器的條件是qEqvB，即v.(3)速度選擇器只選擇速度(大小、方向)，而不選擇粒子的質(zhì)量和電荷量(4)若射入的是正電荷，當(dāng)vvE/B時，則qvBqE，粒子向 偏轉(zhuǎn)；當(dāng)vvE/B時，qvBqE，粒子向 偏轉(zhuǎn) 2.磁流體發(fā)電機(1)磁流體發(fā)電是一項新興技術(shù)，它可以把 能直接轉(zhuǎn)化為 能(2)根據(jù)左手定則，如圖中的B板是發(fā)電機 (3)磁流體發(fā)電機兩極板間的距離為d，等離子體速度為v，磁場磁感應(yīng)強度為B，則兩極板間能達(dá)到的最大電勢差U_ _.電源電阻r = d/S，外電阻R中的電流可由閉合電路歐姆定律求出，即I = E/(R + r) = BdvS/(RS +d)3電磁流量計(1)如圖所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體流過導(dǎo)管(2)原理：如圖所示，圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，導(dǎo)電液體在管中向左流動，導(dǎo)電液體中的自由電荷（正、負(fù)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(dāng)自由電荷所受的電場力和洛倫茲力平衡時，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定，即：qvB = qE = qU/D，所以v = ，因此液體流量所以Q = vS = 。4.質(zhì)譜儀（1）構(gòu)造：如圖所示，由粒子源、加速電場、偏轉(zhuǎn)磁場和照相底片等組成（2）原理圖：如圖所示（3）加速：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的加速電場，由動能定理得：_mv2 （4）偏轉(zhuǎn)：帶電粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力：_ （5）由上述兩式可以求出粒子的_、_、_等，其中由r可知電荷量相同時，半徑將隨_變化（6）質(zhì)譜儀的應(yīng)用：可以測定帶電粒子的質(zhì)量和分析_5.回旋加速器(1)構(gòu)造：如圖所示，D1、D2是半圓金屬盒，D形盒的縫隙處接 電源D形盒處于勻強磁場中(2)工作原理： 電場加速qU .磁場約束偏轉(zhuǎn)qvBm，r.加速條件：高頻電源的周期與帶電粒子在D形盒中運動的周期 ，即T電場T回旋.(3)決定其最終能量的因素： 由qvB，得Ekm，可見粒子獲得的最大動能由 和D形盒半徑R決定，與加速電壓_.6.霍爾效應(yīng)（1）霍爾效應(yīng)：在勻強磁場中放置一矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場方向和電流方向垂直時，導(dǎo)體在磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。（2）如圖所示，截面為矩形的金屬導(dǎo)體，在x方向通以電流，在y方向加磁場，導(dǎo)體中自由電子的運動方向與電流方向_。由可以判斷，運動的電子在洛倫茲力作用下向_表面聚集，在導(dǎo)體的另一側(cè)表面就會出現(xiàn)多余的正電荷，形成下表面電勢_，上表面電勢_的電勢差，導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)電場，電場方向由_表面指向_表面，以后運的電子將同時受方向相反的洛倫茲力和電場力作用，隨著表面電荷聚集，電場強度增加，電場力也增加，_時出現(xiàn)穩(wěn)定的電勢差。若測得電勢差為U，由_,可得B=_ （3）若導(dǎo)體中的電流由自由正電荷定向移動形成，則在磁場作用下會形成下表面電勢_，上表面電勢_的電勢差（4）應(yīng)用：測磁感應(yīng)強度。【課后作業(yè)】1.如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖，帶電粒子被加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場的磁感應(yīng)強度和勻強電場的場強分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有磁感應(yīng)強度為B0的勻強磁場下列表述正確的是( )A質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外C能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于D粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小2.如圖所示，兩平行、正對金屬板水平放置，使上面金屬板帶上一定量正電荷，下面金屬板帶上等量的負(fù)電荷，再在它們之間加上垂直紙面向里的勻強磁場，一個帶電粒子以初速度v0沿垂直于電場和磁場的方向從兩金屬板左端中央射入后向上偏轉(zhuǎn)。若帶電粒子所受重力可忽略不計，仍按上述方式將帶電粒子射入兩板間，為使其向下偏轉(zhuǎn)，下列措施中可能可行的是( )A僅增大帶電粒子射入時的速度 B僅增大兩金屬板所帶的電荷量C僅減小粒子所帶電荷量 D僅改變粒子的電性3.磁流體發(fā)電機可以把氣體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，是一種低碳環(huán)保發(fā)電機，有著廣泛的發(fā)展前景其發(fā)電原理示意圖如圖所示，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負(fù)電的微粒，整體上呈電中性)噴射入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，磁場區(qū)域有兩塊面積為S，相距為d的平行金屬板與外電阻R相連構(gòu)成一電路，設(shè)氣流的速度為v，氣體的電導(dǎo)率(電阻率的倒數(shù))為g.則()A兩板間的電勢差為UBdvB上板是電源的正極，下板是電源的負(fù)極C流經(jīng)R的電流強度為ID流經(jīng)R的電流強度為I4.回旋加速器是加速帶電粒子的裝置其主體部分是兩個D形金屬盒，兩金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中，并分別與高頻交流電源有兩極相連接，從而使粒子每次經(jīng)過兩盒間的狹縫時都得到加速，如圖所示現(xiàn)要增大帶電粒子從回旋加速器射出時的動能，下列方法可行的是()A增大金屬盒的半徑B減小狹縫間的距離C增大高頻交流電壓D減小磁場的磁感應(yīng)強度5.質(zhì)譜議的構(gòu)造原理如圖所示從粒子源S出來時的粒子速度很小，可以看作初速為零，粒子經(jīng)過電場加速后進(jìn)入有界的垂直紙面向里的勻強磁場區(qū)域，并沿著半圓周運動而達(dá)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（ ）A粒子一定帶正電B粒子一定帶負(fù)電Cx越大，則粒子的質(zhì)量與電量之比一定越大Dx越大，則粒子的質(zhì)量與電量之比一定越小6.隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展，大型化工廠已越來越多，環(huán)境污染也越來越嚴(yán)重為減少環(huán)境污染，技術(shù)人員在排污管末端安裝了如圖8316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(yīng)強度為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)，下列說法中正確的是()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(fù)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所測的污水流量Q與U成正比7利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件，廣泛應(yīng)用于測量和自動控制等領(lǐng)域。如圖是霍爾元件的工作原理示意圖，磁感應(yīng)強度B垂直于霍爾元件的工作面向下，通入圖示方向的電流I，C、D兩側(cè)面會形成電勢差UCD，下列說法中正確的是( )A電勢差UCD僅與材料有關(guān)B若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢差UCD<0C僅增大磁感應(yīng)強度時，電勢差UCD變大D在測定地球赤道上方的地磁場強弱時，元件的工作面應(yīng)保持水平8質(zhì)譜儀原理如圖所示，a為粒子加速器，電壓為U1；b為速度選擇器，磁場與電場正交，磁感應(yīng)強度為B1，板間距離為d；c為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強度為B2.今有一質(zhì)量為m、電荷量為e的正電子(不計重力)，由靜止經(jīng)加速后，該粒子恰能通過速度選擇器粒子進(jìn)入分離器后做勻速圓周運動求：(1)粒子的速度v為多少？(2)速度選擇器的電壓U2為多少？(3)粒子在B2磁場中做勻速圓周運動的半徑R為多大？9. 如圖所示，回旋加速器D形盒的最大半徑為R，勻強磁場垂直穿過D形盒面，兩D形盒的間距為d。一質(zhì)量為m,帶電量為q的粒子每次經(jīng)過間隙時都被加速，加速電壓大小為U。粒子從靜止開始多次加速，當(dāng)速度達(dá)到v時粒子從D形盒的邊緣引出。求：B(1)磁感應(yīng)強度B的大小(2)帶電粒子在磁場中運動的圈數(shù)(3)粒子在磁場和電場中運動的總時間