2020版高考物理第九章第61课时磁场技术应用实例（题型研究课）讲义.docx

第61课时磁场技术应用实例(题型研究课)命题点一组合场应用实例考法1回旋加速器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得Ekm，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。例1如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在AC板间，虚线中间不需加电场。带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动。对这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是()A带电粒子每运动一周被加速两次B带电粒子每运动一周P1P2P3P4C带电粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关D加速电场方向需要做周期性的变化解析带电粒子只有经过AC板间时被加速，即带电粒子每运动一周被加速一次，加速电场的方向不需要改变，故A、D错误；根据r得，则P1P22(r2r1)，因为带电粒子每运动一周被加速一次，根据v22v122ad(定值)，知每运动一周，速度的变化量不等，且v4v3<v2v1，则P1P2>P3P4，故B错误；当带电粒子从D形盒中出来时，速度最大，根据r得，v，知带电粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关，故C正确。答案C考法2质谱仪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：粒子在加速电场中由静止被加速，根据动能定理，有qUmv2，粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB。例2质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。如图所示为质谱仪的原理示意图，现利用质谱仪对氢元素进行测量。让氢元素三种同位素的离子流从容器A下方的小孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场，加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，氢的三种同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱线”。则下列判断正确的是()A进入磁场时速度从大到小依次是氕、氘、氚B进入磁场时动能从大到小依次是氕、氘、氚C在磁场中运动时间由大到小依次是氕、氘、氚Da、b、c三条“质谱线”依次对应氕、氘、氚解析离子通过加速电场的过程，有qUmv2，因为氕、氘、氚三种离子的电荷量相同、质量依次增大，故进入磁场时动能相同，速度依次减小，A正确，B错误；由T可知，氕、氘、氚三种离子在磁场中运动的周期依次增大，又三种离子在磁场中运动的时间均为半个周期，故在磁场中运动时间由大到小依次为氚、氘、氕，C错误；由qvBm及qUmv2，可得R ，故氕、氘、氚三种离子在磁场中的轨迹半径依次增大，所以a、b、c三条“质谱线”依次对应氚、氘、氕，D错误。答案A(1)回旋加速器解题要点：加速电压是交变电压，其周期和粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期相同；粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒最大半径R决定，而与加速电压无关。(2)质谱仪(根据带电粒子在磁场中偏转量的差异来区分不同粒子的仪器)解题要点：初始时粒子具有的相同、不同的参量，根据运动规律找出最后造成偏转量不同的原因。 集训冲关1(多选)1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙。下列说法正确的是()A离子由加速器的中心附近进入加速器B离子由加速器的边缘进入加速器C离子从磁场中获得能量D离子从电场中获得能量解析：选AD由R知，随着被加速离子的速度增大，离子在磁场中做圆周运动的轨迹半径逐渐增大，所以离子必须由加速器中心附近进入加速器，A项正确，B项错误；离子在电场中被加速，使动能增加，在磁场中洛伦兹力不做功，离子做匀速圆周运动，动能不改变，即离子从电场中获得能量，C项错误，D项正确。2.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图。离子源S产生的各种不同正离子束(速度可视为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断()A若离子束是同位素，则x越小，离子质量越大B若离子束是同位素，则x越小，离子质量越小C只要x相同，则离子质量一定相同Dx越大，则离子的比荷一定越大解析：选B由qUmv2，qvB，解得r ，又x2r ，分析各选项可知只有B正确。命题点二叠加场应用实例装置原理图规律速度选择器若qv0BEq，即v0，粒子做匀速直线运动磁流体发电机等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电，两极电压为U时稳定，有qqv0B，UBdv0电磁流量计qqvB，所以v，所以QvS霍尔元件当磁场方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电势差例1带正电的甲、乙、丙三个粒子(不计重力)分别以速度v甲、v乙、v丙垂直射入电场和磁场相互垂直的复合场中，其轨迹如图所示，则下列说法正确的是()Av甲>v乙>v丙Bv甲<v乙<v丙C甲的速度可能变大D丙的速度不一定变大解析由左手定则可判断正粒子所受洛伦兹力向上，而所受的电场力向下，由运动轨迹可判断qv甲B>qE，即v甲>，同理可得v乙，v丙<，所以v甲>v乙>v丙，故A正确，B错误；电场力对甲做负功，甲的速度一定减小，对丙做正功，丙的速度一定变大，故C、D错误。答案A例2如图是磁流体发电机的原理示意图，金属板M、N正对着平行放置，且板面垂直于纸面，在两板之间接有电阻R，在极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场。当等离子束(分别带有等量正、负电荷的离子束)从左向右进入极板间时，下列说法中正确的是()AN板的电势高于M板的电势BM板的电势等于N板的电势CR中有由b流向a的电流DR中有由a流向b的电流解析根据左手定则可知正离子向上极板偏转，负离子向下极板偏转，则M板的电势高于N板的电势；M板相当于电源的正极，R中有由a流向b的电流，据以上分析可知，D正确。答案D例3电磁泵在目前的生产、科技中得到了广泛应用。如图所示，泵体是一个长方体，ab边长为L1，两侧端面是边长为L2的正方形；流经泵体内的液体密度为，在泵头通入导电剂后液体的电导率为(电阻率的倒数)，泵体所在处有方向垂直向外的磁场B，把泵体的上、下两表面接在电压为U(内阻不计)的电源上，则()A泵体上表面应接电源负极B通过泵体的电流IC增大磁感应强度可获得更大的抽液高度D减小液体的电导率可获得更大的抽液高度解析当泵体上表面接电源负极时，电流从下向上流过泵体，泵体内液体受到的磁场力水平向右，与抽液方向相反，故A错误；根据电阻定律，泵体内液体的电阻R×，因此流过泵体的电流IUL1·，故B错误；增大磁感应强度B，泵体内液体受到的磁场力变大，因此可获得更大的抽液高度，故C正确；若减小液体的电导率，可以使电流减小，受到的磁场力减小，使抽液高度减小，故D错误。答案C速度选择器、磁流体发电机等原理基本相同。解题时：一是要应用洛伦兹力确定粒子偏转方向；二是要应用电场力和洛伦兹力的平衡条件。判断洛伦兹力方向时一定要注意区分正、负粒子。 集训冲关1.(多选)如图所示是粒子速度选择器的原理图，如果粒子所具有的速率v，那么()A带正电粒子必须沿ab方向从左侧进入场区，才能沿直线通过B带负电粒子必须沿ba方向从右侧进入场区，才能沿直线通过C不论粒子电性如何，沿ab方向从左侧进入场区，都能沿直线通过D不论粒子电性如何，沿ba方向从右侧进入场区，都能沿直线通过解析：选AC按四个选项要求让粒子进入，可知只有A、C选项中粒子所受洛伦兹力与电场力等大反向，能沿直线匀速通过磁场。2.目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机。如图所示表明了它的发电原理：将一束等离子体喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压。如果射入的等离子体的初速度为v，两金属板的板长(沿初速度方向)为L，板间距离为d，金属板的正对面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于离子初速度方向，负载电阻为R，电离气体充满两板间的空间。当发电机稳定发电时，电流表的示数为I，那么板间电离气体的电阻率为()ABC D解析：选A发电机稳定工作时，离子所受电场力等于洛伦兹力，即qqvB，得UBvd，又RR1，R1为板间电离气体的电阻，且R1，联立得到电阻率的表达式为，故A正确。