2026届高考物理一轮复习课件 第十一章 第6讲 小专题 洛伦兹力与现代科技

这是一份2026届高考物理一轮复习课件 第十一章 第6讲 小专题 洛伦兹力与现代科技，共51页。PPT课件主要包含了考点一，质谱仪，考点二，回旋加速器，最大动能，考点三，考点四，满分50分，课时作业，对点1质谱仪等内容，欢迎下载使用。
1.作用测量带电粒子质量和分析同位素。2.原理(如图所示)
[例1] (2024·广西桂林期末)质谱仪的工作原理如图所示,电荷量相同、质量不同的三种带电粒子从容器A下方的小孔无初速度飘入电势差为U的加速电场,加速后垂直MN进入磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外,最后垂直MN打在照相底片D上,形成a、b、c三条质谱线。下列说法正确的是(　　)[A] 三种粒子均带负电荷[B] 三种粒子在磁场中运动的时间一样长[C] a谱线对应的粒子在进入磁场时动能最大[D] a谱线对应的粒子质量最大
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,粒子就被加速一次。
4.运动时间的计算(1)在磁场中运动的时间。
[例2] (2024·河南洛阳期中)如图所示为回旋加速器的工作原理示意图,利用回旋加速器对氘核进行加速,此时D形盒中磁场的磁感应强度大小为B,D形盒缝隙间电场变化周期为T,加速电压为U,直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出,忽略相对论效应和粒子在D形盒缝隙间的运动时间,下列说法正确的是(　　)[A] 只增大加速电压U,氘核获得的最大动能增大[B] 只增大加速电压U,氘核在回旋加速器中加速次数减少[C] 保持B、U和T不变,该回旋加速器可以加速质子[D] 若要加速质子,可只将磁感应强度大小调为原来的2倍
速度选择器和磁流体发电机
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)
(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,改变粒子的入射速度方向,不能实现速度选择功能。
2.磁流体发电机(1)原理:如图所示,等离子体喷入磁场,正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在B、A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板是发电机的正极。
[例4] (2024·湖北卷,9)(多选)磁流体发电机的原理如图所示,MN和PQ是两平行金属极板,匀强磁场垂直于纸面向里。等离子体(即高温下电离的气体,含有大量正、负带电粒子)从左侧以某一速度平行于极板喷入磁场,极板间便产生电压。下列说法正确的是( 　　 )[A] 极板MN是发电机的正极[B] 仅增大两极板间的距离,极板间的电压减小[C] 仅增大等离子体的喷入速率,极板间的电压增大[D] 仅增大喷入等离子体的正、负带电粒子数密度,极板间的电压增大
电磁流量计和霍尔元件的应用
1.电磁流量计(1)流量(Q):单位时间流过导管某一截面的导电液体的体积。(2)导电液体流速(v)的计算。
(4)电势高低的判断:根据左手定则可得φa>φb。
[例5] (2025·陕晋青宁高考适应性考试)人体血管状况及血液流速可以反映身体健康状态。血管中的血液通常含有大量的正负离子。如图,血管内径为d,血流速度v方向水平向右。现将方向与血管横截面平行,且垂直于纸面向里的匀强磁场施于某段血管,其磁感应强度大小恒为B,当血液的流量(单位时间内流过管道横截面的液体体积)一定时(　　)[A] 血管上侧电势低,血管下侧电势高[B] 若血管内径变小,则血液流速变小[C] 血管上下侧电势差与血液流速无关[D] 血管上下侧电势差变大,说明血管内径变小
2.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,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。
[例6] (2023·浙江1月选考卷,8)某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示,通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场B=k1I,通有待测电流I′的直导线ab垂直穿过螺绕环中心,在霍尔元件处产生的磁场B′=k2I′。调节电阻R,当电流表示数为I0时,元件输出霍尔电压UH为零,则待测电流I′的方向和大小分别为(　　)
1.(4分)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] 11[B] 12[C] 121[D] 144
2.(10分)(2025·湖南长沙阶段练习)回旋加速器的工作原理如图所示,置于真空中的D形金属盒半径为R,两盒间狭缝的间距为d,匀强磁场磁感应强度为B,磁场方向与盒面垂直,加在狭缝间的交流电压的有效值大小为U0,一质量为m、电荷量为+q 的粒子从A处飘入狭缝,其初速度视为零,不考虑粒子在狭缝中的运动时间,假设粒子每次经过狭缝均做加速运动。求:
(2)粒子从飘入狭缝至离开加速器所需的总时间t。
3.(4分)如图所示,M、N为速度选择器的上、下两个带电极板,两极板间有匀强电场和匀强磁场。匀强电场的电场强度大小为E、方向由M板指向N板,匀强磁场的方向垂直于纸面向里。速度选择器左右两侧各有一个小孔P、Q,连线PQ与两极板平行。某种带电微粒以速度v从P孔沿PQ连线射入速度选择器,从Q孔射出。不计微粒所受重力,下列判断正确的是(　　)
对点3.速度选择器和磁流体发电机
4.(4分)(2024·贵州贵阳期末)如图为磁流体发电机示意图。平行金属板a、b之间存在匀强磁场,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量等量正、负离子)垂直于磁场的方向喷入磁场,a、b两板间便产生电压。如果把a、b板与用电器R相连接,a、b板就是等效直流电源的两个电极。若磁场的磁感应强度为B,离子入射速度为v,a、b两板间距为d,两板间正对面积为S,两板间等离子体的等效电阻为r。稳定时,下列判断正确的是(　　)
对点4.电磁流量计和霍尔元件的应用
5.(4分)在实验室中有一种污水流量计,其原理可以简化为如图所示模型:废液内含有大量正、负离子,从直径为d的圆柱形容器右侧流入,左侧流出。流量Q等于单位时间通过横截面的导电液体的体积。空间有垂直于纸面向里且磁感应强度大小为B的匀强磁场,并测出M、N间的电压为U,则下列说法正确的是(　　)
6.(4分)(2024·广西玉林期末)有些电动摩托车的油门工作原理可简化为如图所示,固定部件装有宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件,元件内的导电粒子是自由电子,电流方向向右,可转动部件嵌有磁体,当油门增大时,垂直于上表面向下的磁场磁感应强度随之增大,下列说法正确的是(　　)[A] 前表面的电势比后表面的低[B] 油门增大时,前、后表面间的电压随之增大[C] 油门增大时,洛伦兹力对电子做的功增大[D] 通过增大c可以增大前、后表面间的电压
7.(4分)(2024·江西卷,7)石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格结构新材料,具有丰富的电学性能。现设计一电路测量某二维石墨烯样品的载流子(电子)浓度。如图甲所示,在长为a、宽为b的石墨烯表面加一垂直向里的匀强磁场,磁感应强度为B,电极1、3间通以恒定电流I,电极2、4间将产生电压U。当I=1.00×10-3 A时,测得U-B关系图线如图乙所示,元电荷e=1.60×10-19 C,则此样品每平方米载流子数最接近(　　)[A] 1.7×1019 [B] 1.7×1015[C] 2.3×1020 [D] 2.3×1016
8.(16分)质谱仪被应用于分离同位素,图甲是其简化模型。大量质量m=1.60×10-27 kg、电荷量为q=1.60×10-19 C的质子,从粒子源A下方以近似速度为0飘入电势差为U0=450 V的加速电场中,从中央位置进入平行板电容器。当平行板电容器不加电压时,质子将沿图中虚线从O点进入磁感应强度B=0.1 T的匀强磁场中,经磁场偏转后打在水平放置的屏上,已知磁场方向垂直于纸面向外,电容器极板长度 L=6 cm,两极板间宽度d=2 cm。现给平行板电容器加上图乙所示的偏转电压,质子在电容器中运动的时间远小于电压变化的周期T,水平屏分布在电容器竖直极板两侧,忽略质子所受重力和质子间的相互作用力,求:
(1)质子射出加速电场时速度的大小;
【答案】 (1)3×105 m/s
(2)为使质子经偏转电场后能全部进入磁场,偏转电压的最大值Um;
【答案】 (2)100 V
(3)质子打在水平放置的屏上的痕迹长度s。
【答案】 (3)2 cm
可知质子不管以多大的偏转角(或不同的位置)进入磁场,质子在入射点与质子打到屏上的位置的距离(即弦长)是固定不变的,质子从偏转电场右下端进入磁场打在屏上时距离O点最近,从偏转电场左下端进入磁场打在屏上时距离O点最远,故质子打在水平放置的屏上的痕迹长度为电容器两极板之间的宽度d,则有s=d=2 cm。