第10章 专题强化15 洛伦兹力与现代科技-【勤径学升】2024高考物理一轮总复习配套课件

物 理 第十章 磁　场 专题强化十五　洛伦兹力与现代科技 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 1．本专题是力学、电场、磁场等知识的综合应用，高考往往以选择题或计算题的形式出现。 2．理解质谱仪和回旋加速器的原理。 3．会分析电场和磁场叠加的几种实例。 4．学习本专题，可以培养同学们对牛顿运动定律、运动学公式、动能定理、能量守恒定律、类平抛运动的规律、圆周运动的规律的综合应用能力。 热点 eq \a\vs4\al(1) 质谱仪(互动共研) 1．作用 测量带电粒子质量和分离同位素。 2．原理(如图所示) (1)加速电场：qU＝ eq \f(1,2) mv2。 (2)偏转磁场：qvB＝ eq \f(mv2,r) ，l＝2r，由以上两式可得r＝ eq \f(1,B) eq \r(\f(2mU,q)) ， m＝ eq \f(qr2B2,2U) ， eq \f(q,m) ＝ eq \f(2U,B2r2) 。 [例1]　微观粒子研究在核能的开发和利用中具有重要意义。如图所示，质量为m、电荷量为q的离子从容器A下方的小孔S1不断飘入加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔S2垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做半径为R的匀速圆周运动。 (1)求加速电场的电压U。 (2)离子行进半个圆周后离开磁场并被收集，离开磁场时离子束的等效电流为I。不考虑离子重力及离子间的相互作用，求出在离子被收集的过程中任意时间t内收集到离子的质量m总。 解析　(1)设离子经电场加速后进入磁场时的速度为v，由动能定理得 qU＝ eq \f(1,2) mv2， 离子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，则qvB＝m eq \f(v2,R) ， 联立以上两式可得U＝ eq \f(qB2R2,2m) 。 (2)设在t时间内收集到的离子个数为N，总电荷量为Q，则 Q＝It＝Nq，m总＝Nm， 解得m总＝ eq \f(Itm,q) 。 答案　(1) eq \f(qB2R2,2m) 　(2) eq \f(Itm,q) 1．如图所示，电荷量相等的两种离子氖20和氖22从容器下方的狭缝S1飘入(初速度为零)电场区，经电场加速后通过狭缝S2、S3垂直于磁场边界MN射入匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，离子经磁场偏转后发生分离，最终到达照相底片D上。不考虑离子间的相互作用，则(　　) A．静电力对每个氖20和氖22做的功相等 B．氖22进入磁场时的速度较大 C．氖22在磁场中运动的半径较小 D．若加速电压发生波动，两种离子打在照相底片上的位置不可能重叠 解析　静电力对粒子做的功为W＝qU，则静电力对每个氖20和氖22做的功相等，A正确；根据qU＝ eq \f(1,2) mv2，得v＝ eq \r(\f(2qU,m)) ，所以氖22(质量较大)进入磁场时的速度较小，B错误；根据r＝ eq \f(mv,qB) 和v＝ eq \r(\f(2qU,m)) 得r＝ eq \f(1,B) eq \r(\f(2mU,q)) ，因为氖22质量较大，所以氖22在磁场中运动的半径较大，C错误；加速电压发生波动，根据r＝ eq \f(1,B) eq \r(\f(2mU,q)) ，两种离子打在照相底片上的位置可能重叠(不同时刻)，D错误。 答案　A 热点 eq \a\vs4\al(2) 回旋加速器(互动共研) 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。 3．最大动能 由qvmB＝ eq \f(mvm2,R) 、Ekm＝ eq \f(1,2) mvm2得Ekm＝ eq \f(q2B2R2,2m) ，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．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＝ eq \f(Ekm,qU) ，粒子在磁场中运动的总时间t＝ eq \f(n,2) T＝ eq \f(Ekm,2qU) · eq \f(2πm,qB) ＝ eq \f(πBR2,2U) 。 [例2]　如图甲为某型号的回旋加速器的工作原理，图乙为俯视图，回旋加速器的核心部分为两个D形盒，分别为D1、D2，D形盒