专题10 第3课时 洛伦兹力与现代科技(课件PPT)-【零起点考大学】2026年高考物理高效备考方案

零起点考大学 物 理 1 第三课时 洛伦兹力与现代科技 专题十 磁场 2 质谱仪、回旋加速器和速度选择器 质谱仪 一 回旋加速器 二 电场与磁场叠加应用 三 考点4：质谱仪、回旋加速器和速度选择器 1.质谱仪 （1）构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。 （2）原理：静止粒子在加速电场中被加速，根据动能定理可得关系式。粒子在磁场中受洛伦兹力偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式。 由以上两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷。 考点4：质谱仪、回旋加速器和速度选择器 2.回旋加速器 （1）构造：如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源。D形盒处于匀强磁场中。 （2）原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速。由，得，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径R决定，与加速电压无关。 （3）运动时间：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，粒子在磁场中运动的总时间(忽略粒子在狭缝中运动的时间) 考点4：质谱仪、回旋加速器和速度选择器 3.电场与磁场叠加应用 （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。这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫作速度选择器。 ②带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE＝qvB，即。 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. 速度选择器具有单向性. 考点4：质谱仪、回旋加速器和速度选择器 （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正离子偏向B板，图中的B是发电机的正极。 ③发电机的电动势：当发电机外电路断路时，正、负离子所受静电力和洛伦兹力平衡时，两极板间达到的最大电势差为U，则＝qvB，得U＝Bdv，则E＝U＝Bdv。 ④当发电机接入电路时，遵从闭合电路欧姆定律。 考点4：质谱仪、回旋加速器和速度选择器 （3）电磁流量计： ①流量(Q)：单位时间流过导管某一截面的液体的体积。 ②导电液体的流速(v)的计算： 如图所示，一圆柱形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向右流动。导电液体中的正、负离子在洛伦兹力作用下发生偏转，使a处积累正电荷，b处积累负电荷，使a、b间出现电势差，φa>φb。当自由电荷所受静电力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差U达到最大，由，可得。 ③流量的表达式：。 ④电势高低的判断：根据左手定则可得φa>φb。 考点4：质谱仪、回旋加速器和速度选择器 （4）霍尔效应： 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。 ③霍尔电压：导体中的自由电荷(电荷量为q)在洛伦兹力作用下偏转，A、A′间出现电势差，当自由电荷所受静电力和洛伦兹力平衡时，A、A′间的电势差(U)就保持稳定，由，I＝nqvS，S＝hd，联立解得称为霍尔系数。 即学即练 1.（2023浙江1月卷）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（ ） A.a→b， B.a→b， C.b→a， D.b→a， D 【解析】根据安培定则可知螺绕环在霍尔元件处产生的磁场方向向下，则要使元件输出霍尔电压UH为零，直导线ab在霍尔元件处产生的磁场方向应向上，根据安培定则可知待测电流I′的方向应该是b→a；元件输出霍尔电压UH为零，则霍尔元件处合场强为0，所以有k1I0=k2I′，解得I′=，故选D。 即学即练 2.（2023广东卷）某小型医用回旋加速器，最大回旋半径为0.5 m，磁感应强度大小为1.12 T，质子加速后获得的最大动能为1.5×107 eV。根据给出的数据，可计算质子经该回旋加速器加速后的最大速率约为（忽略相对论效应，1 eV=1.6×10-19 J）（ ） A.3.6×106 m/s B.1.2×107 m/s C.5.4×107 m/s D.2.4×108 m/s C 【解析】洛伦兹力提供向心力有 质子加速后获得的最大动能为 解得最大速率约为v=5.4×107 m/s，故选C。 $