2019年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 磁場(chǎng) 專題強(qiáng)化十 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析課件.ppt

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第九章磁場(chǎng) 專題強(qiáng)化十帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析 過好雙基關(guān) 一 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1 復(fù)合場(chǎng)與組合場(chǎng) 1 復(fù)合場(chǎng) 電場(chǎng) 重力場(chǎng)共存 或其中某兩場(chǎng)共存 2 組合場(chǎng) 電場(chǎng)與磁場(chǎng)各位于一定的區(qū)域內(nèi) 并不重疊 或在同一區(qū)域 電場(chǎng) 磁場(chǎng)分時(shí)間段或分區(qū)域出現(xiàn) 磁場(chǎng) 交替 2 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分類 1 靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受合外力為零時(shí) 將處于靜止?fàn)顟B(tài)或做直線運(yùn)動(dòng) 2 勻速圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場(chǎng)力大小 方向時(shí) 帶電粒子在洛倫茲力的作用下 在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)做運(yùn)動(dòng) 勻速 相等 相反 勻速圓周 3 較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化 且與初速度方向不在同一條直線上時(shí) 粒子做變速曲線運(yùn)動(dòng) 這時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧 也不是拋物線 4 分階段運(yùn)動(dòng)帶電粒子可能依次通過幾個(gè)情況不同的復(fù)合場(chǎng)區(qū)域 其運(yùn)動(dòng)情況隨區(qū)域發(fā)生變化 其運(yùn)動(dòng)過程由幾種不同的組成 非勻 運(yùn)動(dòng)階段 二 電場(chǎng)與磁場(chǎng)的組合應(yīng)用實(shí)例 相同 三 電場(chǎng)與磁場(chǎng)的疊加應(yīng)用實(shí)例 勻速 qvB 電勢(shì)差 研透命題點(diǎn) 1 作用測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分離同位素的儀器 2 原理 如圖1所示 命題點(diǎn)一質(zhì)譜儀的原理和分析 基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透 圖1 例1一臺(tái)質(zhì)譜儀的工作原理如圖2所示 大量的帶電荷量為 q 質(zhì)量為2m的離子飄入電壓為U0的加速電場(chǎng) 其初速度幾乎為0 經(jīng)加速后 通過寬為L(zhǎng)的狹縫MN沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 最后打到照相底片上 圖中虛線為經(jīng)過狹縫左 右邊界M N時(shí)離子的運(yùn)動(dòng)軌跡 不考慮離子間的相互作用 1 求離子打在底片上的位置到N點(diǎn)的最小距離x 答案 解析 圖2 解析設(shè)離子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑為r1 根據(jù)幾何關(guān)系x 2r1 L 2 在圖中用斜線標(biāo)出磁場(chǎng)中離子經(jīng)過的區(qū)域 并求該區(qū)域最窄處的寬度d 答案 解析 解析如圖所示 最窄處位于過兩虛線交點(diǎn)的垂線上 答案 變式1 2016 全國(guó)卷 15 現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子 其示意圖如圖3所示 其中加速電壓恒定 質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場(chǎng)加速 經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場(chǎng) 若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場(chǎng)加速 為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場(chǎng) 需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來的12倍 此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為A 11B 12C 121D 144 圖3 解析 1 構(gòu)造 如圖4所示 D1 D2是半圓形金屬盒 D形盒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 D形盒的縫隙處接交流電源 2 原理 交流電周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等 使粒子每經(jīng)過一次D形盒縫隙 粒子被加速一次 命題點(diǎn)二回旋加速器的原理和分析 能力考點(diǎn)師生共研 圖4 例2 多選 勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出回旋加速器 工作原理示意圖如圖5所示 置于真空中的D形金屬盒半徑為R 兩盒間的狹縫很小 帶電粒子穿過的時(shí)間可忽略 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直 高頻交流電頻率為f 加速電壓為U 若A處粒子源產(chǎn)生質(zhì)子的質(zhì)量為m 電荷量為 q 在加速器中被加速 且加速過程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響 則下列說法正確的是A 質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2 RfB 質(zhì)子離開回旋加速器時(shí)的最大動(dòng)能與加速電壓U成正比C 質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為 1D 不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f 經(jīng)該回旋加速器加速的各種粒子的最大動(dòng)能不變 圖5 答案 解析 因經(jīng)回旋加速器加速的粒子最大動(dòng)能Ekm 2m 2R2f2與m R f均有關(guān) 故D錯(cuò)誤 變式2如圖6甲所示是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖 其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒 在加速帶電粒子時(shí) 兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 兩盒分別與高頻電源相連 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示 忽略帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間 則下列判斷中正確的是A 在Ek t圖象中應(yīng)有t4 t3 t3 t2 t2 t1B 加速電壓越大 粒子最后獲得的動(dòng)能就越大C 粒子加速次數(shù)越多 粒子最大動(dòng)能一定越大D 要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大 可增加D形盒的面積 圖6 答案 解析 解析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度大小無(wú)關(guān) 因此 在Ek t圖中應(yīng)有 t4 t3 t3 t2 t2 t1 A錯(cuò)誤 變式3回旋加速器的工作原理如圖7甲所示 置于真空中的D形金屬盒半徑為R 兩盒間狹縫的間距為d 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直 被加速粒子的質(zhì)量為m 電荷量為 q 加在狹縫間的交變電壓如圖乙所示 電壓值的大小為U0 周期T 一束該粒子在t 0 時(shí)間內(nèi)從A處均勻地飄入狹縫 其初速度視為零 現(xiàn)考慮粒子在狹縫中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 假設(shè)能夠出射的粒子每次經(jīng)過狹縫均做加速運(yùn)動(dòng) 不考慮粒子間的相互作用 求 圖7 1 出射粒子的動(dòng)能Ek 答案 解析 2 粒子從飄入狹縫至動(dòng)能達(dá)到Ek所需的總時(shí)間t0 解析設(shè)粒子被加速n次達(dá)到動(dòng)能Ek 則Ek nqU0 答案 解析 共同特點(diǎn) 當(dāng)帶電粒子 不計(jì)重力 在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) qvB qE 1 速度選擇器 命題點(diǎn)三電場(chǎng)與磁場(chǎng)疊加的應(yīng)用實(shí)例分析 基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透 圖8 1 平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相垂直 如圖8 2 帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qvB qE 即v 3 速度選擇器只能選擇粒子的速度 不能選擇粒子的電性 電荷量 質(zhì)量 4 速度選擇器具有單向性 例3如圖9所示是一速度選擇器 當(dāng)粒子速度滿足v0 時(shí) 粒子沿圖中虛線水平射出 若某一粒子以速度v射入該速度選擇器后 運(yùn)動(dòng)軌跡為圖中實(shí)線 則關(guān)于該粒子的說法正確的是A 粒子射入的速度一定是v B 粒子射入的速度可能是v C 粒子射出時(shí)的速度一定大于射入速度D 粒子射出時(shí)的速度一定小于射入速度 答案 圖9 2 磁流體發(fā)電機(jī) 圖10 1 原理 如圖10所示 等離子氣體噴入磁場(chǎng) 正 負(fù)離子在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而聚集在A B板上 產(chǎn)生電勢(shì)差 它可以把離子的動(dòng)能通過磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為電能 2 電源正 負(fù)極判斷 根據(jù)左手定則可判斷出圖中的B是發(fā)電機(jī)的正極 3 電源電動(dòng)勢(shì)U 設(shè)A B平行金屬板的面積為S 兩極板間的距離為l 磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 等離子氣體的電阻率為 噴入氣體的速度為v 板外電阻為R 當(dāng)正 負(fù)離子所受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí) 兩極板間達(dá)到的最大電勢(shì)差為U 即電源電動(dòng)勢(shì) 則q qvB 即U Blv 4 電源內(nèi)阻 r 5 回路電流 I 例4 多選 磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù) 圖11是它的示意圖 平行金屬板A C間有一很強(qiáng)的磁場(chǎng) 將一束等離子體 即高溫下電離的氣體 含有大量正 負(fù)帶電離子 噴入磁場(chǎng) 兩極板間便產(chǎn)生電壓 現(xiàn)將A C兩極板與電阻R相連 兩極板間距離為d 正對(duì)面積為S 等離子體的電阻率為 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 等離子體以速度v沿垂直磁場(chǎng)方向射入A C兩板之間 則穩(wěn)定時(shí)下列說法中正確的是A 極板A是電源的正極B 電源的電動(dòng)勢(shì)為BdvC 極板A C間電壓大小為D 回路中電流為 圖11 答案 解析 解析等離子體噴入磁場(chǎng) 帶正電的離子因受到向下的洛倫茲力而向下偏轉(zhuǎn) 帶負(fù)電的離子向上偏轉(zhuǎn) 即極板C是電源的正極 A錯(cuò) 3 電磁流量計(jì) 1 流量 Q 的定義 單位時(shí)間流過導(dǎo)管某一截面的導(dǎo)電液體的體積 2 公式 Q Sv S為導(dǎo)管的橫截面積 v是導(dǎo)電液體的流速 3 導(dǎo)電液體的流速 v 的計(jì)算如圖12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)電的液體向右流動(dòng) 導(dǎo)電液體中的自由電荷 正 負(fù)離子 在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn) 使a b間出現(xiàn)電勢(shì)差 當(dāng)自由電荷所受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí) a b間的電勢(shì)差 U 達(dá)到最大 由q qvB 可得v 圖12 例5 多選 為了測(cè)量某化工廠的污水排放量 技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖13所示的流量計(jì) 該裝置由絕緣材料制成 長(zhǎng) 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(yīng)強(qiáng)度為B 1 25T的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 在上 下兩個(gè)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(shí) 用電壓表測(cè)得兩個(gè)電極間的電壓U 1V 且污水流過該裝置時(shí)受到阻力作用 阻力Ff kLv 其中比例系數(shù)k 15N s m2 L為污水沿流速方向的長(zhǎng)度 v為污水的流速 下列說法中正確的是A 金屬板M電勢(shì)不一定高于金屬板N的電勢(shì) 因?yàn)槲鬯胸?fù)離子較多B 污水中離子濃度的高低對(duì)電壓表的示數(shù)也有一定影響C 污水的流量 單位時(shí)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(yīng)施加的壓強(qiáng)差為 p 1500Pa 答案 解析 圖13 解析根據(jù)左手定則 知負(fù)離子所受的洛倫茲力方向向下 則負(fù)離子向下偏轉(zhuǎn) N板帶負(fù)電 M板帶正電 則N板的電勢(shì)比M板電勢(shì)低 故A錯(cuò)誤 4 霍爾效應(yīng)的原理和分析 1 定義 高為h 寬為d的導(dǎo)體 自由電荷是電子或正電荷 置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中 當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí) 在導(dǎo)體的上表面A和下表面A 之間產(chǎn)生電勢(shì)差 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng) 此電壓稱為霍爾電壓 2 電勢(shì)高低的判斷 如圖14 導(dǎo)體中的電流I向右時(shí) 根據(jù)左手定則可得 若自由電荷是電子 則下表面A 的電勢(shì)高 若自由電荷是正電荷 則下表面A 的電勢(shì)低 圖14 例6中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了量子反?；魻栃?yīng) 楊振寧稱這一發(fā)現(xiàn)是諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的成果 如圖15所示 厚度為h 寬度為d的金屬導(dǎo)體 當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí) 在導(dǎo)體上 下表面會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng) 下列說法正確的是A 上表面的電勢(shì)高于下表面的電勢(shì)B 僅增大h時(shí) 上 下表面的電勢(shì)差增大C 僅增大d時(shí) 上 下表面的電勢(shì)差減小D 僅增大電流I時(shí) 上 下表面的電勢(shì)差減小 答案 解析 圖15 解析因電流方向向右 則金屬導(dǎo)體中的自由電子是向左運(yùn)動(dòng)的 根據(jù)左手定則可知上表面帶負(fù)電 則上表面的電勢(shì)低于下表面的電勢(shì) A錯(cuò)誤 課時(shí)作業(yè) 1 在如圖1所示的平行板器件中 電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直 一帶電粒子 重力不計(jì) 從左端以速度v沿虛線射入后做直線運(yùn)動(dòng) 則該粒子A 一定帶正電B 速度v C 若速度v 粒子一定不能從板間射出D 若此粒子從右端沿虛線方向進(jìn)入 仍做直線運(yùn)動(dòng) 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 圖1 解析粒子帶正電和負(fù)電均可 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 若此粒子從右端沿虛線方向進(jìn)入 所受電場(chǎng)力和洛倫茲力方向相同 不能做直線運(yùn)動(dòng) 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 2 多選 如圖2所示 a b是一對(duì)平行金屬板 分別接到直流電源的兩極上 使a b兩板間產(chǎn)生勻強(qiáng)電場(chǎng)E 右邊有一塊擋板 正中間開有一小孔d 在較大空間范圍內(nèi)存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 方向垂直紙面向里 從兩板左側(cè)中點(diǎn)c處射入一束正離子 不計(jì)重力 這些正離子都沿直線運(yùn)動(dòng)到右側(cè) 從d孔射出后分成三束 則下列判斷正確的是A 這三束正離子的速度一定不相同B 這三束正離子的比荷一定不相同C a b兩板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)方向一定由a指向bD 若這三束離子改為帶負(fù)電而其他條件不變 則仍能從d孔射出 圖2 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析因?yàn)槿x子在兩極板間都是沿直線運(yùn)動(dòng)的 電場(chǎng)力等于洛倫茲力 可以判斷三束正離子的速度一定相同 且電場(chǎng)方向一定由a指向b A錯(cuò)誤 C正確 在右側(cè)磁場(chǎng)中三束正離子運(yùn)動(dòng)軌跡半徑不同 可知這三束正離子的比荷一定不相同 B項(xiàng)正確 若將這三束離子改為帶負(fù)電 而其他條件不變的情況下分析受力可知 三束離子在兩板間仍做勻速直線運(yùn)動(dòng) 仍能從d孔射出 D項(xiàng)正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 2018 山東濟(jì)寧模擬 為監(jiān)測(cè)某化工廠的含有離子的污水排放情況 技術(shù)人員在排污管中安裝了監(jiān)測(cè)裝置 該裝置的核心部分是一個(gè)用絕緣材料制成的空腔 其寬和高分別為b和c 左 右兩端開口與排污管相連 如圖3所示 在垂直于上 下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 在空腔前 后兩個(gè)側(cè)面上各有長(zhǎng)為a的相互平行且正對(duì)的電極M和N M N與內(nèi)阻為R的電流表相連 污水從左向右流經(jīng)該裝置時(shí) 電流表將顯示出污水排放情況 下列說法中錯(cuò)誤的是A M板比N板電勢(shì)低B 污水中離子濃度越高 則電流表的示數(shù)越小C 污水流量越大 則電流表的示數(shù)越大D 若只增大所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 則電流表的示數(shù)也增大 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 圖3 解析 解析污水從左向右流動(dòng)時(shí) 正 負(fù)離子在洛倫茲力作用下分別向N板和M板偏轉(zhuǎn) 故N板帶正電 M板帶負(fù)電 A正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 4 多選 如圖4是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖 帶電粒子被加速電場(chǎng)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(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為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下方有強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 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(chǎng)方向垂直于紙面向外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 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 圖4 解析 解析質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 A正確 在速度選擇器中 帶電粒子所受電場(chǎng)力和洛倫茲力在粒子沿直線運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)等大反向 結(jié)合左手定則可知B正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 5 醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí) 利用電磁血流計(jì)來監(jiān)測(cè)通過動(dòng)脈的血流速度 電磁血流計(jì)由一對(duì)電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成 磁極間的磁場(chǎng)是均勻的 使用時(shí) 兩電極a b均與血管壁接觸 兩觸點(diǎn)的連線 磁場(chǎng)方向和血流速度方向兩兩垂直 如圖5所示 由于血液中的正負(fù)離子隨血液一起在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 電極a b之間會(huì)有微小電勢(shì)差 在達(dá)到平衡時(shí) 血管內(nèi)部的電場(chǎng)可看做是勻強(qiáng)電場(chǎng) 血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零 在某次監(jiān)測(cè)中 兩觸點(diǎn)間的距離為3 0mm 血管壁的厚度可忽略 兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為160 V 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0 040T 則血流速度的近似值和電極a b的正負(fù)為A 1 3m s a正 b負(fù)B 2 7m s a正 b負(fù)C 1 3m s a負(fù) b正D 2 7m s a負(fù) b正 圖5 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 6 利用霍爾效應(yīng)制作的元件 廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域 如圖6是霍爾元件的工作原理示意圖 磁感應(yīng)強(qiáng)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)就會(huì)形成電勢(shì)差UCD 下列說法中正確的是A 電勢(shì)差UCD僅與材料有關(guān)B 僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí) C D兩面的電勢(shì)差變大C 若霍爾元件中定向移動(dòng)的是自由電子 則電勢(shì)差UCD 0D 在測(cè)定地球赤道上方的地磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí) 元件的工作面應(yīng)保持水平方向 圖6 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 若僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B 則C D兩面的電勢(shì)差增大 選項(xiàng)B正確 若霍爾元件中定向移動(dòng)的是自由電子 由左手定則可知 電子將向C側(cè)偏轉(zhuǎn) 則電勢(shì)差UCD 0 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 地球赤道上方的地磁場(chǎng)方向?yàn)樗椒较?元件的工作面要與磁場(chǎng)方向垂直 故元件的工作面應(yīng)保持豎直方向 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 7 多選 2018 四川成都調(diào)研 如圖7 為探討霍爾效應(yīng) 取一塊長(zhǎng)度為a 寬度為b 厚度為d的金屬導(dǎo)體 給金屬導(dǎo)體加與前后側(cè)面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B 且通以圖示方向的電流I時(shí) 用電壓表測(cè)得導(dǎo)體上 下表面M N間電壓為U 已知自由電子的電荷量為e 下列說法中正確的是A M板比N板電勢(shì)高B 導(dǎo)體單位體積內(nèi)自由電子數(shù)越多 電壓表的示數(shù)越大C 導(dǎo)體中自由電子定向移動(dòng)的速度為v D 導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為 圖7 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析電流方向向右 電子定向移動(dòng)方向向左 根據(jù)左手定則判斷可知 電子所受的洛倫茲力方向向上 則M板積累了電子 M N之間產(chǎn)生向上的電場(chǎng) 所以M板比N板電勢(shì)低 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 電子定向移動(dòng)相當(dāng)于長(zhǎng)度為d的導(dǎo)體垂直切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 電壓表的讀數(shù)U等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E 則有U E Bdv 可見 電壓表的示數(shù)與導(dǎo)體單位體積內(nèi)自由電子數(shù)無(wú)關(guān) 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 由U E Bdv得 自由電子定向移動(dòng)的速度為v 選項(xiàng)C正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 8 多選 2014 新課標(biāo)全國(guó) 20 圖8為某磁譜儀部分構(gòu)件的示意圖 圖中 永磁鐵提供勻強(qiáng)磁場(chǎng) 硅微條徑跡探測(cè)器可以探測(cè)粒子在其中運(yùn)動(dòng)的軌跡 宇宙射線中有大量的電子 正電子和質(zhì)子 當(dāng)這些粒子從上部垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí) 下列說法正確的是A 電子與正電子的偏轉(zhuǎn)方向一定不同B 電子與正電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑一定相同C 僅依據(jù)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡無(wú)法判斷該粒子是質(zhì)子還是正電子D 粒子的動(dòng)能越大 它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑越小 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 圖8 解析根據(jù)左手定則 電子 正電子進(jìn)入磁場(chǎng)后所受洛倫茲力的方向相反 故兩者的偏轉(zhuǎn)方向不同 選項(xiàng)A正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 對(duì)于質(zhì)子 正電子 它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)不能確定mv的大小 故選項(xiàng)C正確 9 如圖9所示是醫(yī)用回旋加速器示意圖 其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒 兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 并分別與高頻電源相連 現(xiàn)分別加速氘核和氦核 下列說法中正確的是A 它們的最大速度相同B 它們的最大動(dòng)能相同C 兩次所接高頻電源的頻率不相同D 僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動(dòng)能 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 圖9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 10 速度相同的一束粒子 不計(jì)重力 由左端射入質(zhì)譜儀后的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖10所示 則下列相關(guān)說法中正確的是A 該束粒子帶負(fù)電B 速度選擇器的P1極板帶負(fù)電C 能通過狹縫S0的粒子的速度等于D 粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫S0 則粒子的比荷越小 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 圖10 解析根據(jù)該束粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2時(shí)向下偏轉(zhuǎn) 由左手定則判斷出該束粒子帶正電 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 粒子在速度選擇器中做勻速直線運(yùn)動(dòng) 受到電場(chǎng)力和洛倫茲力作用 由左手定則知洛倫茲力方向豎直向上 則電場(chǎng)力方向豎直向下 因粒子帶正電 故電場(chǎng)強(qiáng)度方向向下 速度選擇器的P1極板帶正電 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 11 多選 如圖11所示為一種質(zhì)譜儀的示意圖 由加速電場(chǎng) 靜電分析器和磁分析器組成 若靜電分析器通道中心線的半徑為R 通道內(nèi)均勻輻射電場(chǎng) 在中心線處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E 磁分析器有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 方向垂直于紙面向外 一質(zhì)量為m 電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿中心線通過靜電分析器 由P點(diǎn)垂直邊界進(jìn)入磁分析器 最終打到膠片上的Q點(diǎn) 不計(jì)粒子重力 下列說法正確的是A 極板M比極板N的電勢(shì)高B 加速電場(chǎng)的電壓U ERC 直徑PQ 2BD 若一群粒子從靜止開始經(jīng)過題述過程都落在膠片上的同一點(diǎn) 則該群粒子具有相同的比荷 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 圖11 解析 解析粒子在靜電分析器內(nèi)沿電場(chǎng)線方向偏轉(zhuǎn) 說明粒子帶正電荷 極板M比極板N的電勢(shì)高 選項(xiàng)A正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 12 多選 回旋加速器在科學(xué)研究中得到了廣泛應(yīng)用 其原理圖如圖12所示 D1和D2是兩個(gè)中空的半圓形金屬盒 置于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 它們接在電壓為U 周期為T的交流電源上 位于D1的圓心處的質(zhì)子源A能不斷產(chǎn)生質(zhì)子 初速度可以忽略 它們?cè)趦珊兄g被電場(chǎng)加速 當(dāng)質(zhì)子被加速到最大動(dòng)能Ek后 再將它們引出 忽略質(zhì)子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 則下列說法中正確的是A 若只增大交變電壓U 則質(zhì)子的最大動(dòng)能Ek會(huì)變大B 若只增大交變電壓U 則質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)行的時(shí)間會(huì)變短C 若只將交變電壓的周期變?yōu)?T 仍可用此裝置加速質(zhì)子D 質(zhì)子第n次被加速前 后的軌道半徑之比為 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 圖12 增大交變電壓 質(zhì)子加速次數(shù)減小 所以質(zhì)子在回旋加速器中的運(yùn)行時(shí)間變短 B正確 為了使質(zhì)子能在回旋加速器中加速 質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)周期應(yīng)與交變電壓的周期相同 C錯(cuò)誤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13 一臺(tái)質(zhì)譜儀的工作原理圖如圖13所示 電荷量均為 q 質(zhì)量不同的離子飄入電壓為U0的加速電場(chǎng) 其初速度幾乎為零 這些離子經(jīng)加速后通過狹縫O沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 最后打在底片上 已知放置底片的區(qū)域MN L 且OM L 某次測(cè)量發(fā)現(xiàn)MN中左側(cè)區(qū)域MQ損壞 檢測(cè)不到離子 但右側(cè)區(qū)域QN仍能正常檢測(cè)到離子 在適當(dāng)調(diào)節(jié)加速電壓后 原本打在MQ區(qū)域的離子即可在QN區(qū)域檢測(cè)到 1 求原本打在MN中點(diǎn)P點(diǎn)的離子質(zhì)量m 圖13 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 為使原本打在P點(diǎn)的離子能打在QN區(qū)域 求加速電壓U的調(diào)節(jié)范圍 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13