2023版高考物理一轮总复习第十章专题六带电粒子在复合场中运动的科技应用课件

这是一份2023版高考物理一轮总复习第十章专题六带电粒子在复合场中运动的科技应用课件，共41页。PPT课件主要包含了图Z6-1，Z6-1，B速度大小为，图Z6-2，将一定向下极板，若速度v，突破2质谱仪，图Z6-3，图像应是，图Z6-4等内容，欢迎下载使用。

突破 1 速度选择器
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＝
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.
【典题 1】速度选择器的原理图如图 Z6-2 所示，已知电场强度为 E、磁感应强度为 B 且相互垂直分布，某一带电粒子( 重力不计) 沿图中虚线水平通过. 则该带电粒子
C.沿 QP 方向运动
D.若沿 PQ 方向运动的速度大于
解析：粒子从左射入，不论带正电还是负电，电场力大小为 qE，洛伦兹力大小 F＝qvB＝qE，并且两力方向相
反，故两个力平衡，速度 v＝
，粒子做匀速直线运动，
故 A 错误，B 正确；此粒子从右端沿虚线方向进入，电场力与洛伦兹力在同一方向，不能做直线运动，故 C 错误；
，则粒子受到的洛伦兹力大于电场力，使粒子
偏转，只有当粒子带负电时粒子才向下偏转，故 D 错误.答案：B
1.构造：如图 Z6-3 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：粒子由静止在加速电场中被加速，根据动能
定理可得关系式 qU＝
mv2.粒子在磁场中受洛伦兹力偏
转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式 qvB＝
由以上两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷.
【典题 2】(2021 年重庆质检)质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要设备，构造原理如图 Z6-4 所示.离子源 S 能产生各种不同的离子束，飘入(初速度可视为零)MN 间的加速电场后从小孔 O 垂直进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的 P 点，P 点到小孔 O 的距离为
x.对于一质量 m 和电荷量 q 各不相同的离子，它们的 x2­
突破 3 回旋加速器
1.构造：如图 Z6-5 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.
【典题 3】(2021 年北京丰台模拟)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频电源两极相连接的两个 D 形金属盒，两盒间的狭缝中有周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两 D 形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图 Z6-6 所示.下述说法中
A.粒子只在电场中加速，因此电压越大，粒子的最大
B.可以采用减小高频电源的频率，增大电场中加速时
间来增大粒子的最大动能
C.粒子在磁场中只是改变方向，因此粒子的最大动能
D.粒子的最大动能与 D 形盒的半径有关
解析：当粒子从 D 形盒出来时速度最大，根据 qvmB
速电场的频率无关，与 D 形盒内的磁感应强度、金属盒半径有关，磁感应强度越大，金属盒半径越大，那么动能越大；D 正确，ABC 错误.答案：D
【考点突破 1】劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图 Z6-7 所示.置于高真空中的 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 处粒子源产生的质子质量为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(
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 1∶D.不改变磁感应强度 B 和交流电频
率 f，该回旋加速器也能加速α粒子
解析：质子出回旋加速器的速度最大，此时的半径为
带电粒子在磁场中运动的周期与加速电场的周期相等，根
回旋加速器需改变交流电的频率才能加速α粒子，故 D 错误.答案：A
突破 4 磁流体发电机
1.原理：如图 Z6-8 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.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 q＝qvB，即 U＝Blv.
【典题 4】(2019 年浙江选考)磁流体发电的原理如图Z6-9 所示.将一束速度为 v 的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，在相距为 d、宽为 a、长为 b 的两平行金属板间便产生电压.如果把上、下板和电阻R 连接，上、下板就是一个直流电源的两极.若稳定时等离子体在两板间均匀分布，电阻率为ρ.忽略边缘效应，下列
解析：根据左手定则，正电荷受到的洛伦兹力方向向下，负电荷受到的洛伦兹力向上，因此下极板为电源的正
突破 5 电磁流量计
1.流量(Q)的定义：单位时间流过导管某一截面的导电
2.公式：Q＝Sv；S 为导管的横截面积，v 是导电液体
3.导电液体的流速(v)的计算.如图 Z6-10 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向右流动.导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下发生偏转，使 a、b间出现电势差，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，
5.电势高低的判断：根据左手定则可得φa>φb.
【典题 5】如图 Z6-11 所示，一即插式电磁流量计的圆管道(用非磁性材料做成)置于磁感应强度 B＝0.05 T 的匀强磁场中，污水充满圆管，向左流动，稳定时测得管壁上下 a、b 两点间的电压为 U＝10 mV，已知管道的半径为R＝0.2 m，a、b 连线，管道轴线和匀强磁场的方向三者相互垂直，污水中的正负离子的重力忽略不计，下列说法不.
图 Z6-11A.a 点的电势高于 b 点的电势
B.水流的速度为 0.5 m/s
C.单位时间内流过管道横截面的水的体积为 0.2π m3/sD.若测得一段管道左右两侧管口需施加的压强差为Δp＝1×104 Pa 才能保证水流稳定，则这段管道对水的阻力为 Ff ＝400π N
解析：由左手定则可知正离子受到洛伦兹力向上偏，负离子受到洛伦兹力向下偏，当电场力和洛伦兹力平衡时，出现稳定的电势差，故上侧壁 a 的电势高，选项 A 正确；
q，v＝0.5 m/s，选项 B 正确；单位时
间内流过管道横截面的水的体积为 Q ＝Sv ＝πR2v ＝π×0.22×0.5 m3/s＝0.02π m3/s，选项 C 错误；水匀速流过受力平衡，即 Ff＝ΔpS＝ΔpπR2＝1×104×π×0.22 N＝400π N，选项 D 正确.本题选不正确的，是故选 C.答案：C
突破 6 霍尔元件
1.定义：高为 h、宽为 d 的导体(自由电荷是电子或正电荷)置于匀强磁场 B 中，当电流通过导体时，在导体的上表面 A 和下表面 A′之间产生电势差，这种现象称为霍尔效应，此电压称为霍尔电压.
2.电势高低的判断：如图 Z6-12，导体中的电流 I 向右时，根据左手定则可得，若自由电荷是电子，则下表面 A′的电势高.若自由电荷是正电荷，则下表面 A′的电势低.
3.霍尔电压的计算：导体中的自由电荷(电子)在洛伦兹力作用下偏转，A、A′间出现电势差，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，A、A′间的电势差(U)就保持稳定，
【典题 6】如图 Z6-13 所示，厚度为 h、宽度为 d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为 B 的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上、下表面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应.实验表明，当磁场不太强时，
电势差 U、电流 I 和 B 的关系为 U＝k
数 k 称为霍尔系数.设电流 I(方向如图)是由电子的定向流动形成的，导体单位体积中电子的个数为 n，电子定向移动
的速率为 v，电量为 e.下列说法正确的是(
A.上表面的电势比下表面高B.洛伦兹力对电子做正功
C.霍尔系数 k 的大小与 n、e 有关D.霍尔系数 k 的大小与 d、h 有关
解析：电子定向移动中受洛伦兹力向上，导体上表面带上负电，而下表面带正电，所以导体上表面比下表面电势低，A 错误；洛伦兹力方向与电子运动方向始终垂直，洛伦兹力不做功，B 错误；当电场力与洛伦兹力平衡时，
C 正确，D 错误.答案：C
【考点突破 2】(多选，2020 年浙江温州月考)一长方体电阻率为ρ的载流 P 型半导体(载流子为空穴正电荷)，长、宽、厚分别为 a、b、c，其中 a>b>c，置于匀强磁场 B 中，方向垂直于 P 型半导体上表面，现将金属板用图 Z6­14 甲、乙两种方式接到内阻可不计的电源两端，合上开关后在 P型半导体前后表面(即Ⅰ、Ⅱ面)将产生电势差.已知电流 I与空穴正电荷定向移动的速率 v 关系为 I＝nqvS(n 为 P 型半导体单位体积内的空穴正电荷个数，q 为空穴正电荷电
荷量，S 为导体的横截面积).则 P 型半导体(
图 Z6-14A.图甲、乙前后表面电势差相等B.图甲前后表面电势差小于图乙C.图甲、乙的连接方式均为后表面电势较高D.图甲中前表面电势高，图乙中后表面电势高