专题11 带电粒子在复合场中运动规律的实际应用-2019年高考物理必考经典专题集锦

考点分类：考点分类见下表 考点内容 常见题型及要求 考点一　质谱仪 选择题、 计算题 考点二　回旋加速器 选择题、计算题 考点三　速度选择器、磁流体发电机和电磁流量计 选择题、计算题 考点一: 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：粒子在加速电场中由静止被加速，根据动能定理：qU＝. mv2，粒子在磁场中做匀速圆周运动：qvB＝ 考点二　回旋加速器： (1)构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中． (2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋．由qvB＝ 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． 考点三：速度选择器、磁流体发电机和电磁流量计 速度选择器 (1)平行板中电场强度E和磁感应强度B相互垂直．这种装置能把具有一定速度的粒子选出来，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Eq＝qvB，即v＝. 磁流体发电机 (1)构造：一对平行金属板，两板间有强磁场，等离子体高速进入两板之间． (2)原理：等离子体在洛伦兹力作用下发生偏转，A、B间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，A、B间电势差保持稳定． ①根据左手定则，图中B是发电机正极． ②磁流体发电机两极板间的距离为L，等离子体速度为v，磁场的磁感应强度为B，则由qE＝q＝qvB得两极板间能达到的最大电势差U＝BLv. 电磁流量计： (1)构造：如图所示圆形导管直径为d，用非 (2)原理：导电液体中的自由电荷在洛伦兹力作用下发生偏转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间电势差保持稳定，qE＝q. ，液体流量Q＝Sv＝＝qvB，所以v＝ ★考点一：质谱仪 ◆典例一：(2017·江苏卷,15)一台质谱仪的工作原理如图所示.大量的甲、乙两种离子飘入电压为U0的加速电场,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磁感应强度为B的匀强磁场中,最后打到照相底片上.已知甲、乙两种离子的电荷量均为 +q,质量分别为2m和m,图中虚线为经过狭缝左、右边界M,N的甲种离子的运动轨迹.不考虑离子间的相互作用. (1)求甲种离子打在底片上的位置到N点的最小距离x; (2)在图中用斜线标出磁场中甲种离子经过的区域,并求该区域最窄处的宽度d; (3)若考虑加速电压有波动,在(U0-ΔU)到(U0+ΔU)之间变化,要使甲、乙两种离子在底片上没有重叠,求狭缝宽度L满足的条件. ★考点二：回旋加速器 ◆典例一 (2016·江苏卷)回旋加速器的工作原理如图甲所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直．被加速粒子的质量为m、电荷量为＋q，加在狭缝间的交变电压如图乙所示，电压值的大小为U0，周期T＝时间内从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零．现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用．求： .一束该种粒子在t＝0～ (1)出射粒子的动能Em； (2)粒子从飘入狭缝至动能达到Em所需的总时间t0； (3)要使飘入狭缝的粒子中有超过99%能射出，d应满足的条件． ★考点三：速度选择器、磁流体发电机和电磁流量计 ◆典例一 (多选)如图所示是选择密度相同、大小不同的纳米粒子的一种装置．待选粒子带正电且电荷量与其表面积成正比，待选粒子从O1进入小孔时可认为速度为零，加速电场区域Ⅰ的板间电压为U，粒子通过小孔O2射入正交的匀强电场和匀强磁场区域Ⅱ，其中匀强磁场的磁感应强度大小为B，左右两极板间距为d，区域Ⅱ的出口小孔O3与O1、O2在同一竖直线上，若半径为r0、质量为m0、电荷量为q0的纳米粒子刚好能沿该直线通过，不计纳米粒子重力，则(　　) A．区域Ⅱ的电场的场强大小与磁场的磁感应强度大小比值为 B．区域Ⅱ左右两极板的电势差U1＝Bd C．若密度相同的纳米粒子的半径r>r0，则它进入区域Ⅱ时仍将沿直线通过 D．若密度相同的纳米粒子的半径r>r0，它进入区域Ⅱ时仍沿直线通过，则区域Ⅱ的电场强度与原电场强度之比为 ◆典例二： 医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度．电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的．使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示．由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差．在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和