第一章 安培力与洛伦兹力 课程阶段总结（一）-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修2同步课堂高效讲义配套课件（人教版）

物理 选择性必修第二册（人教） 第一章 课程阶段总结（一） 阶段过关检测卷（一） 　知识体系建构·关键理清 　学科素养提升·整合培优 一、电磁炮 [例1] 某电磁轨道炮的简化模型如图所示，两圆柱形固定导轨相互平行，其对称轴所在平面与水平面的夹角为θ，两导轨长为L，间距为d，一质量为m的金属弹丸置于两导轨间，弹丸直径为d，电阻为R，与导轨接触良好且不计摩擦阻力，导轨下端连接理想恒流电源，电流大小恒为I，弹丸在安培力作用下从导轨底端由静止开始做匀加速运动，加速度大小为a。下列说法正确的是(　　 ) A．将弹丸弹出的过程中，安培力做的功为maL＋mgLsinθ B．将弹丸弹出的过程中，安培力做的功为I 2R eq \r(\f(2L,a)) C．将弹丸弹出的过程中，安培力的功率先增大后减小 D．将弹丸弹出的过程中，安培力的功率不变 解析：选A。根据牛顿第二定律得F－mgsinθ＝ma，所以安培力做功W＝FL＝maL＋mgL sinθ，将弹丸弹出过程中，安培力做正功，不等于电热，故A正确，B错误； 由F＝mg sinθ＋ma知，安培力为恒力，故安培力的功率P＝Fv＝Fat，故安培力的功率一直增大，故C、D错误。 二、质谱仪 [例2] 如图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点垂直于边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点。不计粒子重力。求： (1)加速电场的电压； (2)P、Q两点间的距离s。 解析：(1)由题意知粒子在辐射电场中做圆周运动，由电场力提供向心力， 则qE＝m eq \f(v2,R) ，在加速电场有qU＝ eq \f(1,2) mv2 解得U＝ eq \f(ER,2) 。 (2)在磁分析器中，粒子所受洛伦兹力提供向心力， 则由qvB＝ eq \f(mv2,r) ，得r＝ eq \f(mv,qB) ，代入解得r＝ eq \f(1,B) eq \r(\f(mER,q)) P、Q两点间的距离s＝2r＝ eq \f(2,B) eq \r(\f(mER,q)) 。 答案：(1) eq \f(ER,2) 　(2) eq \f(2,B) eq \r(\f(mER,q)) 三、回旋加速器 [例3] (多选)如图是医用回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连。现分别加速氘核( eq \o\al(\s\up12(2),\s\do4(1))H)和氦核( eq \o\al(\s\up12(4),\s\do4(2))He)。下列说法中正确的是(　　 ) A．氘核( eq \o\al(\s\up12(2),\s\do4(1))H)的最大速度较大 B．它们在D形盒内运动的周期相等 C．氦核( eq \o\al(\s\up12(4),\s\do4(2))He)的最大动能较大 D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能 解析：选BC。根据qvB＝m eq \f(v2,R) ，得v＝ eq \f(qBR,m) ，两粒子的比荷 eq \f(q,m) 相等，所以最大速度相等，故A错误；带电粒子在磁场中运动的周期T＝ eq \f(2πm,qB) ，两粒子的比荷 eq \f(q,m) 相等，所以周期相等，故B正确；最大动能Ek＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(q2B 2R 2,2m)，则氦核( eq \o\al(\s\up12(4),\s\do4(2))He)的最大动能较大，故C正确；由C选项可知，粒子的最大动能与电源的频率无关，故D错误。 四、磁流体发电机 [例4] 由于受地球信风带和盛行西风带的影响，海洋中一部分海水做定向流动，这种现象称为风海流，风海流中蕴藏着巨大的动力资源。因为海水中含有大量的带电离子，这些离子随风海流做定向运动，如果有足够强的磁场能使海流中的正、负离子发生偏转，便可用来发电。如图为一利用风海流发电的磁流体发电机原理示意图，用绝缘材料制成一个横截面为矩形的管道，在管道的上、下两个内表面装有两块金属板M、N，金属板长为a，宽为b，两板间的距离为d。将管道沿风海流方向固定在风海流中，在金属板之间加一水平匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向由南向北，用导线将M、N外侧连接电阻为R的航标灯(图中未画出)。工作时，海水从东向 西流过管道，在两金属板之间形成电势差，可以对航标灯供电。设管道内海水的流速处处相同，且速率恒为v，海水的电阻率为ρ。 (1)求磁流体发电机电动势E的大小，并判断M、N两板哪个板电势较高；