专题07 电磁场应用实例分析-2020高考物理电学难点解析之带电物体在场中运动

《2020高考物理电学难点解析之带电物体在场中运动》 专题07 电磁场应用实例分析 【方法总结】 由于解决物理问题的过程体现解决实际问题的思想，近几年高考也常出现电磁场应用实例分析相关命题。本专题中电磁场应用实例分析主要涉及速度选择器、质谱仪、回旋加速器、霍尔元件、磁流体发电机和电磁流量计。解决这类相关实际问题：首先应通过分析将其提炼成纯粹的物理问题， 然后用解决物理问题的方法进行分析．常用分析力学问题的方法，对于带电粒子在磁场中的运动，应注意结合几何关系。为方便老师和学生们对比学习，特将各装置的原理图和规律汇总如下： 装置 原理图 规律 速度选择器 若qv0B＝Eq，即v0＝，粒子做匀速直线运动 质谱仪 qU＝.因为m正比于L2，不同质量的同位素带电荷量相同，在磁场中转动半径不同，在P处就可以分离，所以质谱仪是分离同位素的重要仪器．，可得m＝mv2，qvB＝ 回旋加速器 原理：带电粒子在电场中加速，在磁场中偏转，交变电压的周期与带电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Ek＝，其中rn表示D形盒的最大半径。 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， q＝qvB， U＝vhB， 再结合I＝nqSv＝nqdhv，可得U＝. 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，q＝qv0B，U＝v0Bd 电磁流量计 ，所以Q＝vS＝q＝qvB，所以v＝ 【精选试题解析】 1. 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. (多选)如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为I，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小B与I成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为IH，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足：UH＝k，式中k为霍尔系数，d为霍尔元件两侧面间的距离．电阻R远大于RL，霍尔元件的电阻可以忽略，则(　　) A．霍尔元件前表面的电势低于后表面 B．若电源的正负极对调，电压表将反偏 C．IH与I成正比 D．电压表的示数与RL消耗的电功率成正比 3. 如图所示，含有He的带电粒子束从小孔O1处射入速度选择器，沿直线O1O2运动的粒子在小孔O2处射出后垂直进入偏转磁场，最终打在P1、P2两点．则(　　)H、H、 A．粒子在偏转磁场中运动的时间都相等 B．打在P1点的粒子是He C．打在P2点的粒子是HeH和 D．O2P2的长度是O2P1长度的4倍 4. 图甲是回旋加速器的原理示意图，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(磁感应强度大小恒定)，并分别与高频电源相连．加速时某带电粒子的动能Ek随时间t变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是(　　) A．高频电源的变化周期应该等于tn－tn－1 B．在Ek—t图象中，t4－t3＝t3－t2＝t2－t1 C．粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大 D．不同粒子获得的最大动能都相同 5. (多选)磁流体发电是一项新兴技术．如图16表示了它的原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子，而从整体来说呈电中性)喷射入磁场，在场中有两块金属板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速度均为v，板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，电离气体充满两板间的空间，其电阻率为ρ，当发电机稳定发电时，A、B就是一个直流电源的两个电极．下列说法正确的是(　　) 图16 A．图中A板是电源的负极 B．A、B间的电压即为该发电机的电动势 C．正对面积S越大，该发电机电动势越大 D．电阻R越大，该发电机输出效率越高 6. 一台质谱仪的工作原理如图所示，电荷量均为＋q、质量不同的离子飘入电压为U0的加速电场，其初速度几乎为零．这些离子经加速后通过狭缝O沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，最后打在底片上．已知放置底片的区域MN＝L，且OM＝L.某次测量发现MN中左侧区域QN仍能正常检测到离子．在适当调节加速电压后，原本打在MQ的离子即可在QN检测到．区域MQ损坏，检测不到离子，但右侧 (1)求原本打在MN中点P的离子质量m；