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当前位置:首页 > 临时分类 > 2020版高考物理一轮复习 第九章 磁场(第3课时)课件
第九章磁场返回导航一、带电粒子在复合场中的运动1.复合场与组合场(1)复合场:电场、______、重力场共存,或其中某两场共存.(2)组合场:电场与磁场各位于一定的区域内,并不重叠或在同一区域,电场、磁场______出现.磁场交替返回导航2.带电粒子在复合场中的运动分类(1)静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力______时,将处于静止状态或做匀速直线运动.(2)匀速圆周运动当带电粒子所受的______与_______大小相等、方向相反时,带电粒子在____________的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动.为零重力电场力洛伦兹力返回导航(3)非匀变速曲线运动当带电粒子所受的合外力的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同一条直线上时,粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线.(4)分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域,其运动情况随区域发生变化,其运动过程由几种不同的运动阶段组成.返回导航二、带电粒子在复合场中运动的实例分析1.速度选择器(如图所示)(1)平行板间电场强度E和磁感应强度B互相_____,这种装置能把具有一定_____的粒子选择出来,所以叫做速度选择器.(2)粒子能够通过选择器的条件:qE=qvB,即v=____.垂直速度返回导航2.磁流体发电机(如图所示)(1)磁流体发电是一项新兴技术,它可以把___能直接转化为__能.(2)根据左手定则,如图中的B板是发电机___极.(3)磁流体发电机两极板间的距离为d,等离子体运动的速度为v,磁场磁感应强度为B,则两极板间能达到的最大电势差U=____.内电正Bdv返回导航3.电磁流量计(1)如图所示,一圆形导管直径为d,用非磁性材料制成,其中有可以导电的液体流过导管.(2)原理:导电液体中的自由电荷(正、负离子)在__________作用下横向偏转,a、b间出现________,形成电场.当自由电荷所受电场力和洛伦兹力______时,a、b间的电势差就保持稳定.由Bqv=Eq=Udq,可得v=UBd,液体流量Q=Sv=πd24·UBd=πdU4B.洛伦兹力电势差相等返回导航4.霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体,当____________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________,这种现象称为霍尔效应,所产生的电势差称为霍尔电势差,其原理如图所示.磁场方向电势差返回导航5.质谱议(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.返回导航(2)原理:粒子由静止被加速电场加速,qU=12mv2.粒子在磁场中做匀速圆周运动,有qvB=mv2r.由以上两式可得r=1B2mUq,m=qr2B22U,qm=2UB2r2.6.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.返回导航(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=mv2r,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.返回导航考点一质谱仪的原理和分析1.作用测量带电粒子质量和分离同位素的仪器.2.原理(如图所示)返回导航(1)加速电场:qU=12mv2;(2)偏转磁场:qvB=mv2r,l=2r;由以上两式可得r=1B2mUq,m=qr2B22U,qm=2UB2r2.返回导航【例1】(2016全国卷Ⅰ,15题)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子,其示意图如图所示,其中加速电压恒定.质子在入口处从静止开始被加速电场加速,经匀强磁场偏转后从出口离开磁场.若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速,为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场,需将磁感应强度增加到原来的12倍.此离子和质子的质量比约为()A.11B.12C.121D.144返回导航D解析:设加速电压为U,质子做匀速圆周运动的半径为r,原来磁场的磁感应强度为B,质子质量为m,一价正离子质量为M.质子在入口处从静止开始加速,由动能定理得,eU=1,2mv21,质子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,ev1B=mv21,r;一价正离子在入口处从静止开始加速,由动能定理得,eU=1,2Mv22,该正离子在磁感应强度为12B的匀强磁场中做匀速圆周运动,轨迹半径仍为r,洛伦兹力提供向心力,ev2·12B=Mv22,r,联立解得M∶m=144∶1,选项D正确.返回导航【变式1】一台质谱仪的工作原理如图所示.大量的带电荷量为+q,质量为2m的离子飘入电压为U0的加速电场,其初速度几乎为0,经加速后,通过宽为L的狭缝MN沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后打到照相底片上.图中虚线为经过狭缝左、右边界M、N时离子的运动轨迹.不考虑离子间的相互作用.(1)求离子打在底片上的位置到N点的最小距离x;(2)在图中用斜线标出磁场中离子经过的区域,并求该区域最窄处的宽度d.返回导航解析:(1)设离子在磁场中的运动半径为r1,在电场中加速时,有qU0=12×2mv2又qvB=2mv2r1解得r1=2BmU0q根据几何关系x=2r1-L,解得x=4BmU0q-L.返回导航(2)如图所示,最窄处位于过两虚线交点的垂线上d=r1-r21-(L2)2解得d=2BmU0q-4mU0qB2L24答案:(1)4BmU0q-L(2)见解析图:2BmU0q-4mU0qB2-L24返回导航考点二回旋加速器的原理和分析1.构造:如图所示,D1、D2是半圆形金属盒,D形盒处于匀强磁场中,D形盒的缝隙处接交流电源.2.原理:交流电周期和粒子做圆周运动的周期相等,使粒子每经过一次D形盒缝隙,粒子被加速一次.返回导航3.粒子获得的最大动能:由qvmB=mv2mR、Ekm=12mv2m得Ekm=q2B2R22m,粒子获得的最大动能由磁感应强度B和盒半径R决定,与加速电压无关.4.粒子在磁场中运动的总时间:粒子在磁场中运动一个周期,被电场加速两次,每次增加动能qU,加速次数n=EkmqU,粒子在磁场中运动的总时间t=n2T=Ekm2qU·2πmqB=πBR22U.返回导航【例2】(多选)劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器,工作原理示意图如图所示.置于真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可忽略.磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直,高频交流电频率为f,加速电压为U.若A处粒子源产生质子的质量为m、电荷量为+q,在加速器中被加速,且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响.则下列说法正确的是()返回导航A.质子被加速后的最大速度不可能超过2πRfB.质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比C.质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为2∶1D.不改变磁感应强度B和交流电频率f,经该回旋加速器加速的各种粒子的最大动能不变返回导航AC解析:质子被加速后的最大速度受到D形盒半径R的制约,因vm=2πRT=2πRf,故A正确;质子离开回旋加速器的最大动能Ekm=12mv2m=12m×4π2R2f2=2mπ2R2f2,与加速电压U无关,B错误;根据qvB=mv2r,Uq=12mv21,2Uq=12mv22,得质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为2∶1,C正确;因经回旋加速器加速的粒子最大动能Ekm=2mπ2R2f2与m、R、f均有关,故D错误.返回导航【变式2】如图甲所示是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图,其核心部分是两个D形金属盒,在加速带电粒子时,两金属盒置于匀强磁场中,两盒分别与高频电源相连.带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示.忽略带电粒子在电场中的加速时间,则下列判断中正确的是()A.在Ek-t图象中应有t4-t3t3-t2t2-t1B.加速电压越大,粒子最后获得的动能就越大C.粒子加速次数越多,粒子最大动能一定越大D.要想粒子获得的最大动能增大,可增加D形盒的面积返回导航返回导航D解析:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度大小无关,因此,在Ek-t图中应有,t4-t3=t3-t2=t2-t1,A错误;粒子获得的最大动能与加速电压无关,加速电压越小,粒子加速次数越多,由qvB=mv2r得r=mvqB=2mEkqB可知Ek=q2B2r22m,即粒子获得的最大动能决定于D形盒的半径,当轨道半径r与D形盒半径R相等时就不能继续加速,故B、C错误,D正确.返回导航【变式3】(2018·河南省实验中学月考)(多选)如图所示是医用回旋加速器的示意图,其核心部分是两个D形金属盒,两金属盒置于匀强磁场中,并分别与高频电源相连.现分别加速氘核(21H)和氦核(42He).下列说法中正确的是()A.氘核(21H)的最大速度较大B.它们在D形盒内运动的周期相等C.氦核(42He)的最大动能较大D.仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能返回导航BC解析:粒子在回旋加速器能达到的最大速度,取决于在最外圈做圆周运动的速度,根据qvB=mv2R得v=qBRm,两粒子的比荷qm相等,所以最大速度相等,A错误.带电粒子在磁场中运动的周期T=2πmqB,两粒子的比荷qm相等,所以周期相等,B正确.最大动能Ek=12mv2=q2B2R22m,两粒子的比荷qm相等,但电荷量不等,所以氦核最大动能大,C正确.回旋加速器加速粒子时,粒子在磁场中运动的周期与交流电的周期相同,否则无法加速,D错误.返回导航考点三电场与磁场叠加的应用实例分析共同特点:当带电粒子(不计重力)在复合场中做匀速直线运动时,qvB=qE.1.速度选择器返回导航(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直.(如图)(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qvB=qE,即v=EB.(3)速度选择器只能选择粒子的速度,不能选择粒子的电性、电荷量、质量.(4)速度选择器具有单向性.返回导航【例3】如图所示是一速度选择器,当粒子速度满足v0=EB时,粒子沿图中虚线水平射出;若某一粒子以速度v射入该速度选择器后,运动轨迹为图中实线,则关于该粒子的说法正确的是()A.粒子射入的速度一定是vEBB.粒子射入的速度可能是vEBC.粒子射出时的速度一定大于射入速度D.粒子射出时的速度一定小于射入速度答案:B返回导航2.磁流体发电机(1)原理:如图所示,等离子气体喷入磁场,正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在A、B板上,产生电势差,它可以把离子的动能通过磁场转化为电能.(2)电源正、负极判断:根据左手定则可判断出图中的B是发电机的正极.返回导航(3)电源电动势U:设A、B平行金属板的面积为S,两极板间的距离为l,磁场磁感应强度为B,等离子气体的电阻率为ρ,喷入气体的速度为v,板外电阻为R.当正、负离子所受电场力和洛伦兹力平衡时,两极板间达到的最大电势差为U(即电源电动势),则qUl=qvB,即U=Blv.(4)电源内阻:r=ρlS.(5)回路电流:I=Ur+R.返回导航【例4】(多选)磁流体发电是一项新兴技术,下图是它的示意图,平行金属板A、C间有一很强的磁场,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量正、负带电离子)喷入磁场,两极板间便产生电压,现将A、C两极板与电阻R相连,两极板间距离为d,正对面积为S,等离子体的电阻率为ρ,磁感应强度为B,等离子体以速度v沿垂直磁场方向射入A、C两板之间,则稳定时下列说法中正确的是()A.极板A是电源的正极B.电源的电动势为BdvC.极板A、C间电压大小为BdvSRRS+ρdD.回路中电流为BdvR返回导航BC解析:等离子体喷入磁场,带正电的离子因受到向下的洛伦兹力而向下偏转,带负电的离子向上偏转,即极板C是电源的正极,A错;当带电离子以速度v做直线运动时,qvB=qEd,所以电源电动势为Bdv,B对;极板A、C间电压U=IR,而I=BdvR+ρdS=BdvSRS+ρd,则U=BdvSRRS+ρd,所以C对,D错.返回导航
本文标题:2020版高考物理一轮复习 第九章 磁场(第3课时)课件
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