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2022-2023年高考物理一轮复习 带电粒子在复合场中运动的科技应用课件
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这是一份2022-2023年高考物理一轮复习 带电粒子在复合场中运动的科技应用课件，共39页。PPT课件主要包含了电荷量质量，A一定带正电，图Z6-2，答案B，图Z6-3，突破2，霍尔元件，说法正确的是，图Z6-5，荷的正负分别为等内容，欢迎下载使用。
(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
(3)速度选择器只能选择粒子的速度,不能选择粒子的电
(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
C.沿 QP 方向运动
【考点突破 1】如图 Z6-3 所示,在平行线 MN、PQ 之间存在竖直向上的匀强电场和垂直于纸面的磁场(未画出),磁场的磁感应强度从左到右逐渐增大.一带电微粒进入该区域时,由于受到空气阻力作用,恰好能沿水平直线 OO′通过该区域.带电微粒所受的重力忽略不计,运动过程带电量不变.下列判断正确
A.微粒从左向右运动,磁场方向向里B.微粒从左向右运动,磁场方向向外C.微粒从右向左运动,磁场方向向里D.微粒从右向左运动,磁场方向向外
解析：由微粒恰好能沿水平直线 OO′通过该区域说明洛伦兹力 qvB 与电场力 qE 平衡,微粒受到空气阻力作用,速度
逐渐减小,沿运动方向磁场的磁感应强度必须逐渐增大,因此微粒从左向右运动,磁场方向向外,B 正确.
(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.图 Z6-4
(2)电势高低的判断：如图 Z6-4,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′的电势低.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,由 qvB
【典题 2】如图Z6-5 所示,厚度为 h,宽度为 d 的金属导体,当磁场方向与电流方向垂直时,在导体上、下表面会产生电势差,这种现象称为霍尔效应.下列
A.上表面的电势高于下表面电势
B.仅增大 h 时,上、下表面的电势差增大C.仅增大 d 时,上、下表面的电势差减小D.仅增大电流 I 时,上、下表面的电势差减小答案：C
【考点突破 2】如图 Z6-6 所示,一段长方体形导电材料,左、右两端面的边长都为 a 和 b,内有带电荷量为 q 的某种自由运动电荷.导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中,内部磁感应强度大小为 B.当通以从左到右的稳恒电流 I时,测得导电材料上、下表面之间的电压为 U,且上表面的电势比下表面的低.由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电
,C 正确,A、B、D 错误.
解析：建立霍尔效应模型,根据左手定则,不管正电荷还是负电荷均应该向上偏,由于上表面的电势比下表面的电势低,说明电荷电性为负.当导电材料上、下表面之间的电压为 U 时,表达式 I＝nqvab,解得导电材料单位体积内自由运动的电荷数
图 Z6-7(1)原理：如图 Z6-7 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
【典题 3】(多选)磁流体发电是一项新兴技术,图 Z6-8 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(图 Z6-8
A.极板 A 是电源的正极B.电源的电动势为 Bdv
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
【考点突破 3】(多选)磁流体发电机的原理示意图如图Z6-9所示,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
极板时,下列说法正确的是(
A.N 板的电势高于 M 板的电势B.M 板的电势高于 N 板的电势
C.R 中有由 b 向 a 方向的电流D.R 中有由 a 向 b 方向的电流
解析：根据左手定则可知正电荷向上极板偏转,负电荷向下极板偏转,则 M 板的电势高于 N 板的电势,A 错误,B 正确；M 板相当于电源的正极,那么 R 中有由 a 向 b 方向的电流,C错误,D 正确.
(1)流量(Q)的定义：单位时间流过导管某一截面的导电液体的体积.(2)公式：Q＝Sv；S 为导管的横截面积,v 是导电液体的流速.(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,a、b 间的电势
(5)电势高低的判断：根据左手定则可得φa>φb.
【典题 4】为监测某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图 Z6-11 所示的流量计.该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为 a、b、c,左右两端开口.在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为 B 的匀强磁场,在前、后两个内侧面分别固定有金属板作为电极.污水充满管口从左向右流经该装置时,电压表将显示两个电极间的电压U.若用 Q 表示污水流量(单位时间内排出的污水体
积),下列说法正确的是(
A.若污水中正离子较多,则前表面比后表面电势高B.若污水中负离子较多,则前表面比后表面电势高C.污水中离子浓度越高,电压表的示数将越大D.污水流量 Q 与 U 成正比,与 a、b 无关
【考点突破 4】为了测量某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图 Z6-12 所示的流量计,该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为 a＝1 m、b＝0.2 m、c＝0.2 m,左、右两端开口,在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为 B＝1.25 T 的匀强磁场,在上、下两个面的内侧固定有金属板 M、N 作为电极,污水充满装置以某一速度从左向右匀速流经该装置时,测得两个电极间的电压 U＝1 V.且污水流过该装置时受到阻力作用,阻力 f＝kLv,其中比例系数 k＝15 N·s/m2,L 为污水沿流速方向的长度,
v 为污水的流速.下列说法正确的是(
A.金属板 M 电势不一定高于金属板 N 的电势,因为污水中
B.污水中离子浓度的高低对电压表的示数也有一定影响C.污水的流量(单位时间内流出的污水体积)Q＝0.16 m3/sD.为使污水匀速通过该装置,左、右两侧管口应施加的压
强差为Δp＝1500 Pa
(1)构造：如图 Z6-13 所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成.图 Z6-13
【典题 5】(多选)质谱仪的原理如图 Z6-14 所示.从粒子源 S出来时的粒子速度很小,可以看做初速度为零,粒子经过电场加速后进入有界的垂直于纸面向里的匀强磁场区域,并沿着半圆周运动而达到照相底片上的 P 点,测得 P 点到入口的距离为
x,则以下说法正确的是(
A.仅加速电压增大,其他量不变,则 x 增大
B.仅匀强磁场增强,其他量不变,则 x 增大
C.仅粒子的质量增大,其他量不变,则 x 增大D.仅粒子的电荷量增加,其他量不变,则 x 增大
见增大 m、U 或减小 B、q,可使 x 增大,A、C 正确.答案：AC
【考点突破 5】(多选)如图 Z6-15 所示为一种质谱仪的示意图,由加速电场、静电分析器和磁分析器组成.若静电分析器通道中心线的半径为 R,通道内均匀辐射电场,在中心线处的电场强度大小为 E,磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场,磁感应强度大小为 B、方向垂直于纸面向外.一质量为 m、电荷量为 q 的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器,由 P 点垂直边界进入磁分析器,最终打到胶片上的 Q 点.
不计粒子重力.下列说法正确的是(
A.极板 M 比极板 N 的电势高B.加速电场的电压 U＝ER
D.若一群粒子从静止开始经过题述过程都落在胶片上的同
一点,则该群粒子具有相同的比荷
见只有比荷相同的粒子才能打在胶片上的同一点,C 错误,D 正确.答案：AD
1.构造：如图 Z6-16 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.图 Z6-162.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 6】如图Z6-17所示,回旋加速器的核心部分是真空室中的两个相距很近的“D”形金属盒.把它们放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒面向下.连接好高频交流电源后,两盒间的窄缝中能形成匀强电场,带电粒子在磁场中做圆周运动,每次通过两盒间的窄缝时都能被加速,直到达到最大圆周半径时通过特殊装置引出,如果用同一回旋加
A.加速氚核的交流电源的周期较大；氚核获得的最大动能较大B.加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获
C.加速氚核的交流电源的周期较大,氚核获得的最大动能较小D.加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获得的最大动能较小
【考点突破 6】(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 Z6-18 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 处粒子源产生的质子的质量为 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(
A.质子被加速后的最大速度不可能超过 2πRf
B.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
D.不改变磁感应强度 B 和交流电频率 f,该回旋加速器的最
(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
(3)速度选择器只能选择粒子的速度,不能选择粒子的电
(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
C.沿 QP 方向运动
【考点突破 1】如图 Z6-3 所示,在平行线 MN、PQ 之间存在竖直向上的匀强电场和垂直于纸面的磁场(未画出),磁场的磁感应强度从左到右逐渐增大.一带电微粒进入该区域时,由于受到空气阻力作用,恰好能沿水平直线 OO′通过该区域.带电微粒所受的重力忽略不计,运动过程带电量不变.下列判断正确
A.微粒从左向右运动,磁场方向向里B.微粒从左向右运动,磁场方向向外C.微粒从右向左运动,磁场方向向里D.微粒从右向左运动,磁场方向向外
解析：由微粒恰好能沿水平直线 OO′通过该区域说明洛伦兹力 qvB 与电场力 qE 平衡,微粒受到空气阻力作用,速度
逐渐减小,沿运动方向磁场的磁感应强度必须逐渐增大,因此微粒从左向右运动,磁场方向向外,B 正确.
(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.图 Z6-4
(2)电势高低的判断：如图 Z6-4,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′的电势低.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,由 qvB
【典题 2】如图Z6-5 所示,厚度为 h,宽度为 d 的金属导体,当磁场方向与电流方向垂直时,在导体上、下表面会产生电势差,这种现象称为霍尔效应.下列
A.上表面的电势高于下表面电势
B.仅增大 h 时,上、下表面的电势差增大C.仅增大 d 时,上、下表面的电势差减小D.仅增大电流 I 时,上、下表面的电势差减小答案：C
【考点突破 2】如图 Z6-6 所示,一段长方体形导电材料,左、右两端面的边长都为 a 和 b,内有带电荷量为 q 的某种自由运动电荷.导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中,内部磁感应强度大小为 B.当通以从左到右的稳恒电流 I时,测得导电材料上、下表面之间的电压为 U,且上表面的电势比下表面的低.由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电
,C 正确,A、B、D 错误.
解析：建立霍尔效应模型,根据左手定则,不管正电荷还是负电荷均应该向上偏,由于上表面的电势比下表面的电势低,说明电荷电性为负.当导电材料上、下表面之间的电压为 U 时,表达式 I＝nqvab,解得导电材料单位体积内自由运动的电荷数
图 Z6-7(1)原理：如图 Z6-7 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
【典题 3】(多选)磁流体发电是一项新兴技术,图 Z6-8 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(图 Z6-8
A.极板 A 是电源的正极B.电源的电动势为 Bdv
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
【考点突破 3】(多选)磁流体发电机的原理示意图如图Z6-9所示,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
极板时,下列说法正确的是(
A.N 板的电势高于 M 板的电势B.M 板的电势高于 N 板的电势
C.R 中有由 b 向 a 方向的电流D.R 中有由 a 向 b 方向的电流
解析：根据左手定则可知正电荷向上极板偏转,负电荷向下极板偏转,则 M 板的电势高于 N 板的电势,A 错误,B 正确；M 板相当于电源的正极,那么 R 中有由 a 向 b 方向的电流,C错误,D 正确.
(1)流量(Q)的定义：单位时间流过导管某一截面的导电液体的体积.(2)公式：Q＝Sv；S 为导管的横截面积,v 是导电液体的流速.(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,a、b 间的电势
(5)电势高低的判断：根据左手定则可得φa>φb.
【典题 4】为监测某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图 Z6-11 所示的流量计.该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为 a、b、c,左右两端开口.在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为 B 的匀强磁场,在前、后两个内侧面分别固定有金属板作为电极.污水充满管口从左向右流经该装置时,电压表将显示两个电极间的电压U.若用 Q 表示污水流量(单位时间内排出的污水体
积),下列说法正确的是(
A.若污水中正离子较多,则前表面比后表面电势高B.若污水中负离子较多,则前表面比后表面电势高C.污水中离子浓度越高,电压表的示数将越大D.污水流量 Q 与 U 成正比,与 a、b 无关
【考点突破 4】为了测量某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图 Z6-12 所示的流量计,该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为 a＝1 m、b＝0.2 m、c＝0.2 m,左、右两端开口,在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为 B＝1.25 T 的匀强磁场,在上、下两个面的内侧固定有金属板 M、N 作为电极,污水充满装置以某一速度从左向右匀速流经该装置时,测得两个电极间的电压 U＝1 V.且污水流过该装置时受到阻力作用,阻力 f＝kLv,其中比例系数 k＝15 N·s/m2,L 为污水沿流速方向的长度,
v 为污水的流速.下列说法正确的是(
A.金属板 M 电势不一定高于金属板 N 的电势,因为污水中
B.污水中离子浓度的高低对电压表的示数也有一定影响C.污水的流量(单位时间内流出的污水体积)Q＝0.16 m3/sD.为使污水匀速通过该装置,左、右两侧管口应施加的压
强差为Δp＝1500 Pa
(1)构造：如图 Z6-13 所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成.图 Z6-13
【典题 5】(多选)质谱仪的原理如图 Z6-14 所示.从粒子源 S出来时的粒子速度很小,可以看做初速度为零,粒子经过电场加速后进入有界的垂直于纸面向里的匀强磁场区域,并沿着半圆周运动而达到照相底片上的 P 点,测得 P 点到入口的距离为
x,则以下说法正确的是(
A.仅加速电压增大,其他量不变,则 x 增大
B.仅匀强磁场增强,其他量不变,则 x 增大
C.仅粒子的质量增大,其他量不变,则 x 增大D.仅粒子的电荷量增加,其他量不变,则 x 增大
见增大 m、U 或减小 B、q,可使 x 增大,A、C 正确.答案：AC
【考点突破 5】(多选)如图 Z6-15 所示为一种质谱仪的示意图,由加速电场、静电分析器和磁分析器组成.若静电分析器通道中心线的半径为 R,通道内均匀辐射电场,在中心线处的电场强度大小为 E,磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场,磁感应强度大小为 B、方向垂直于纸面向外.一质量为 m、电荷量为 q 的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器,由 P 点垂直边界进入磁分析器,最终打到胶片上的 Q 点.
不计粒子重力.下列说法正确的是(
A.极板 M 比极板 N 的电势高B.加速电场的电压 U＝ER
D.若一群粒子从静止开始经过题述过程都落在胶片上的同
一点,则该群粒子具有相同的比荷
见只有比荷相同的粒子才能打在胶片上的同一点,C 错误,D 正确.答案：AD
1.构造：如图 Z6-16 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.图 Z6-162.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 6】如图Z6-17所示,回旋加速器的核心部分是真空室中的两个相距很近的“D”形金属盒.把它们放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒面向下.连接好高频交流电源后,两盒间的窄缝中能形成匀强电场,带电粒子在磁场中做圆周运动,每次通过两盒间的窄缝时都能被加速,直到达到最大圆周半径时通过特殊装置引出,如果用同一回旋加
A.加速氚核的交流电源的周期较大；氚核获得的最大动能较大B.加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获
C.加速氚核的交流电源的周期较大,氚核获得的最大动能较小D.加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获得的最大动能较小
【考点突破 6】(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 Z6-18 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 处粒子源产生的质子的质量为 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(
A.质子被加速后的最大速度不可能超过 2πRf
B.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
D.不改变磁感应强度 B 和交流电频率 f,该回旋加速器的最
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