第十章 小专题(十六) 带电粒子在复合场中运动的实例分析-【导与练】2024高考物理一轮复习高中总复习第1轮教学课件PPT（新教材，鲁科版）

小专题(十六)　带电粒子在复合场中运动的实例分析 提升关键能力 突破考点 考点一　质谱仪、回旋加速器的工作原理 装置 构造 原理图 规律 质谱仪 由粒子源、加速电场、偏转磁场、照相底片等组成 带电粒子由静止被加速电场加速,在磁场中做匀速圆周运动 回旋加速器 两个半圆D形金属盒,D形盒的缝隙处接交流电源,D形盒处于匀强磁场中 带电粒子每次经过D形盒缝隙都会被电场加速,接着在磁场中做匀速圆周运动 (1)回旋加速器工作时,所接交流电源周期和粒子做圆周运动的周期有什么关系? (2)回旋加速器工作时,粒子的最大动能表达式是什么?与所加交变电压是否有关? 提示:(1)相等。 [例1] [质谱仪] (2023·福建福州模拟)(多选)质谱仪的工作原理如图所示,大量粒子飘入加速电场,其初速度几乎为0,经过加速后,通过宽为L的狭缝MN沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场中,最后打到照相底片上。在一次测试中,大量的某种粒子经加速电场加速后刚进入匀强磁场时的速度大小均为v,打在底片上的位置到M点的最小距离为a,匀强磁场的磁感应强度大小为B,不考虑粒子所受的重力及它们之间的相互作用。则(　 　) ACD [例2] [回旋加速器] 回旋加速器的工作原理示意图如图所示。D1和D2是中空的两个D形金属盒,分别与一高频交流电源两极相接,两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,粒子源置于盒的圆心A附近。两盒间的狭缝很小,粒子在两盒间被电场加速,且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响,粒子在D形盒内做匀速圆周运动,当其到达两盒间的缝隙时,其间的交变电场恰好使粒子被加速。下列说法正确的是(　 　) A.回旋加速器所接交变电压的频率等于带电粒子做匀速圆周运动频率的一半 B.若要增大带电粒子的最大动能,可通过增大交变电压峰值的方式实现 C.粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为2∶1 D.粒子每次经过两D形盒间的狭缝时,静电力对粒子做功一样多 D (2)回旋加速器。 ①交流电源的周期特点:D形盒所接交变电流周期和粒子做圆周运动的周期相等,使粒子每经过一次D形盒缝隙被加速一次。 考点二　带电粒子在叠加场中运动的实例分析 11 12 C [例3] [速度选择器] 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。不计微粒重力,下列判断正确的是(　 　) C [例4] [电磁流量计] 如图所示,电磁流量计的测量管横截面直径为D,在测量管的上下两个位置固定两金属电极a、b,整个测量管处于水平向里的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。当含有正、负离子的液体从左向右匀速流过测量管时,连在两个电极上的显示器显示的流量为Q(单位时间内流过的液体体积),下列说法正确的是(　 　) AC　 [例5] [磁流体发电机] (多选)如图所示为磁流体发电机的示意图。等离子体高速射入磁场中,由于磁场对等离子体产生力的作用,A、B两板间就会产生电压。若平行板A、B的正对面积为S,板间距离为d,A、B间的磁场可认为是匀强磁场且磁感应强度为B,等离子体的流速为v,等效电阻率为ρ,与极板相连的外电阻为R,下列说法正确的是(　 ) (1)[例5] 中,该发电机的输出功率为多少? (2)[例5] 中,若已知当发电机稳定发电时,电流表的示数为I,那么板间等离子体的电阻率ρ为多少? D [例6] [霍尔效应] 自行车速度计可以利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率。如图甲所示,一块磁铁安装在前轮上,轮子每转一圈,磁铁就靠近传感器一次,传感器就会输出一个脉冲电压。如图乙所示,电源输出电压为U1,当磁场靠近霍尔元件时,在导体前后表面间出现电势差U2(前表面的电势低于后表面的电势)。下列说法错误的是(　 　) A.图乙中霍尔元件的自由电荷带负电 B.已知自行车车轮的半径,再根据单位时间内的脉冲数,即获得车速大小 C.若传感器的电源输出电压U1变大,则霍尔电势差U2变大 D.若自行车的车速越大,则霍尔电势差U2越大 点击进入 限时巩固 谢谢观赏 (2)由qvmB=,Ekm=m联立解得 Ekm=。与所加交变电压无关。 A.粒子的比荷为 B.加速电场的电压为 C.粒子在磁场中运动的时间为 D.大量粒子所经过磁场区域最窄处的宽度为 解析:粒子在磁场中做匀速圆周运动,轨道半径为r=,根据牛顿第二定律可得qvB=m,解得=,故A正确;粒子在电场中加速,根据动能定理可得qU=mv2,联立可得U=,故B错误;粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为T=,粒子在磁场中运动的时间为t=,联立可