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2024届高考一轮复习物理教案(新教材粤教版):洛伦兹力与现代科技.pdf


文档分类:中学教育 | 页数:约17页 举报非法文档有奖
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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。:..,(如图所示)1(1)粒子由静止被加速,由动能定理可得qU=mv2,22qU由此可得v=.m(2)粒子经过速度选择器时:qvB=qE,1E可得v=.B1(3)粒子进入磁感应强度为B的匀强磁场区域做匀速圆周运动,2v2有qvB=m,2rqE可得=.mBBr12例1(多选)(2023·广东茂名市第一中学模拟)如图甲所示,,让氢元素的三种同位素氕、氘、氚的离子流从容器A下方的小孔,无初速度飘入电势差为U的加速电场,加速后垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场,最后打在照相底片D上,形成a、b、c三条质谱线,():..,、质量为m,加速后获得的速度大小为v,动能为1E,根据动能定理有E=mv2=qU,由于氢元素的三种同位素所带电荷量相同,所以进入磁kk2场时,三种同位素的动能一样大,选项A错误;由题图乙可知三种同位素都运动半个周期,2πm由T=知,同位素的比荷越小,T越大,运动时间越长,所以同位素氚在磁场中运动的时qBmv12mU间最长,选项B正确;由上述表达式及R=可得R=,可知同位素的比荷越小,qBBqR越大,所以a、b、c三条质谱线分别对应氚、氘、氕,选项C正确,,D、D是半圆金属盒,D形盒处于匀强磁场中,,=、E=mv得E=,粒子获得的最大动能由磁感应强度B和盒半径mRkm2mkm2mR决定,与加速电压无关.:..,被电场加速两次,每次增加动能qU,加速次数n=km,粒子qUnE2πmπBR2在磁场中运动的总时间t=T=km·=.(忽略粒子在狭缝中运动的时间)22qUqB2U例2(2023·北京市首都师范大学附属中学模拟)劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器,,两盒间的狭缝很小,,高频交流电频率为f,、电荷量为+q,在加速器中被加速,()∶,该回旋加速器也能加速α粒子答案A2πR解析质子出回旋加速器的速度最大,此时的半径为R,则v==2πRf,所以最大速度不Tv2BqR1B2q2R2超过2πRf,故A正确;根据Bqv=m,知v=,则最大动能E=mv2=,与加Rmkm22m速电压无关,故B错误;质子在加速电场中做匀加速运动,在磁场中做匀速圆周运动,根据mvv=2ax知,质子第二次和第一次经过D形盒狭缝的速度之比为2∶1,根据r=,则半径Bq2πm之比为2∶1,故C错误;带电粒子在磁场中运动的周期与加速电场的周期相等,根据T=Bq知,换用α粒子,粒子的比荷变化,周期变化,改变交流电的频率才能加速α粒子,,D盒中心A处有离子源,,1电压值的大小为U、,质量为m,,,不计质子重:..:(1)匀强磁场的磁感应强度B;(2)质子在回旋加速器中获得的最大动能及加速次数;(3)质子在回旋加速器中运动的时间(假设质子经加速后在磁场中又转过半周后射出).2πm2mπ2R22π2mR2π2mR2答案(1)(2)(3)qTT2qUT2qUT00解析(1)质子在D形盒内做圆周运动,轨道半径达到D形盒半径R时被导出,,交变电压的周期T与质,由牛顿第二定律得qvB=mmmR2πR子在磁场中运动的周期相同,有T=vm2πm联立解得B=qT12mπ2R2(2)质子的最大动能为E=mv2=,质子每加速一次获得的能量为E=qUkm2mT200E2π2mR2加速次数为n=km,联立解得n=EqUT200Tπ2mR2(3)质子通过狭缝的时间忽略不计,则质子在回旋加速器中运动的时间为t=n=2qUT0题型三叠加场在科技中的四种应用中学阶段经常考察四种科研装置,这四种装置的共同特点:带电粒子在叠加场中受到的电场U力和洛伦兹力平衡(即qvB=qE或qvB=q),(1)平行板间电场强度E和磁感应强度B互相垂直.(如图)(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是洛伦兹力与电场力平衡:..EqvB=qE,即v=.B(3)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.(4)(2023·广东省模拟)如图所示,M、N为速度选择器的上、下两个带电极板,、方向由M板指向N板,、Q,,,下列判断正确的是(),,则受到的洛伦兹力向上,电场力向下,若带电微粒带负电,则受到的洛伦兹力向下,电场力向上,微粒沿PQ运动,洛伦兹力等于电场力,因此微粒可以带E正电也可以带负电,故A错误;对微粒受力分析有Eq=qvB,解得B=,故B错误;若带v电微粒带负电,从Q孔沿QP连线射入,受到的洛伦兹力和电场力均向上,若带电微粒带正电,从Q孔沿QP连线射入,受到的洛伦兹力和电场力均向下,不可能做直线运动,故不能从P孔射出,故C正确;若将该带电微粒以2v的速度从P孔沿PQ连线射入后,洛伦兹力大于电场力,微粒做曲线运动,由于洛伦兹力是变力,不可能做类平抛运动,(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板是发电机的正极.(3)发电机的电动势:当发电机外电路断路时,正、负离子所受电场力和洛伦兹力平衡时,两U极板间达到的最大电势差为U,则q=qvB,得U=Bdv,则E=U=,(多选)(2023·广东深圳市福田区外国语高级中学模拟)如图所示是磁流体发电机的示意图,两平行金属板P、(即高温下电离的气体,含有大量正、负带电离子)、Q与电阻R相连接,下列说法正确的是(),,R中电流增大答案BD解析根据左手定则可知,正电荷向上偏转,P板的电势高于Q板的电势,流过R的电流E由a到b方向,A错误,B正确;发电机未接通时,内部电场力与洛伦兹力平衡有q==Bqv,d因此电动势的大小E=Bdv,若只改变磁场强弱,电动势大小改变,R中电流大小发生变化;若只增大离子入射速度,电动势增大,R中电流增大,C错误,(1)流量(Q):单位时间流过导管某一截面的导电液体的体积.(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,、负离子在洛伦兹力作用下发生偏转,a处积累正电荷,b处积累负电荷,使a、:..b间出现电势差,φ>,a、b间的电势差(U)达到abUU最大,由q=qvB,可得v=.dBdπd2UπdU(3)流量的表达式:Q=Sv=·=.4Bd4B(4)电势高低的判断:根据左手定则可得φ>,测量管由绝缘材料制成,其长为L、直径为D,左右两端开口,在前后两个内侧面a、c固定有金属板作为电极,(含有大量的正、负离子)充满管口从左向右流经该测量管时,a、c两端的电压为U,显示仪器显示污水流量Q(单位时间内排出的污水体积).则(),,与L、=4Q答案D解析污水中正、负离子从左向右移动,受到洛伦兹力,根据左手定则,正离子向后表面偏转,负离子向前表面偏转,所以a侧电势比c侧电势高,故A错误;最终正、负离子会在电UvπD2UπD2场力和洛伦兹力作用下处于平衡状态,有qE=qvB,即=vB,则污水流量Q==·D4DB4πUD=,可知Q与U、D成正比,与L无关,显示仪器的示数与离子浓度无关,匀强磁场的4BπUD磁感应强度B=,故D正确,B、(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′,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,U当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时,A、A′间的电势差(U)就保持稳定,由qvB=q,hBIBI1I=nqvS,S=hd,联立解得U==k,k=,在一个圆盘边缘处沿半径方向等间隔地放置四个小磁体,其中两个N极向外,,,会在a、b两端产生电势差(霍尔电压),当圆盘转动时,,若忽略感应电动势的影响,则()=,,如果a点电势高,说明霍尔元件中定向移动的电荷带负电答案D1解析由题意可知,圆盘转动的周期是脉冲信号周期的2倍,可得n=,故A错误;改变2TU题图乙中的电源正负极,ab间电势差的正负号相反,故B错误;由公式qvB=q可知U=hBvh,所以霍尔元件所在处的磁场越强,脉冲信号的最大值就越大,与转速无关,结合公式IBI=nqSv=nqvLh,可得U=,所以脉冲信号的最大值与霍尔元件的左右宽度L有关,故CnqL错误;圆盘转到题图所示位置时,由左手定则可知,定向移动的电荷向下偏转,若a点电势高,则定向移动的电荷为负电荷,故D正确.:..,下列说法正确的是(),其中1H、2H、,将一束等离子体喷入磁场,A、B两板间会产生电压,且A板电势高答案C解析题图a速度选择器中筛选出的粒子运动时受到电场力和洛伦兹力,二力平衡,粒子沿着PQ做匀速直线运动,故A错误;回旋加速器接入的工作电源是交流电,故B错误;题图1v212mUc是质谱仪的主要原理图,由qU=mv2和qvB=m得R=,可知在磁场中偏转半2RBqq径最大的是比荷()最小的粒子,故C正确;将一束等离子体喷入磁场,根据左手定则可知,m正离子向下偏转,负离子向上偏转,所以B板电势高,.(2021·福建卷·2)一对平行金属板中存在匀强电场和匀强磁场,其中电场的方向与金属板垂直,磁场的方向与金属板平行且垂直纸面向里,(1H)以速度v自O点沿中10轴线射入,,能够做匀速直线运动的是(所有粒子均不考虑重力的影响)():..00A射入的正电子(e)(0e)0-(2H)(4He)02B解析(1H)以速度v自点沿中轴线射入,恰沿中轴线做匀速直线运动,可10E知质子所受的电场力和洛伦兹力平衡,即eE===v的粒子才能够做0B0匀速直线运动,.(多选)(2023·广东广州市模拟)如图甲是霍尔效应的模型图,导体的宽度、长度、厚度分别为a、b、c,磁感应强度为B的匀强磁场垂直导体的前、后表面向里,与磁场垂直向右的电BI流I是正电荷的运动形成的,已知霍尔电压为U=K,U与通过导体的电流I成正比,与HHH沿着磁场方向导体的厚度H成反比,K是常数;如图乙是电磁流量计的模型图,长方形管道的宽度、长度、厚度分别为a、b、c,磁感应强度为B的匀强磁场垂直管道的上表面向下,,则下列说法正确的是(),,,,液体的流量为abv答案AC解析由左手定则可知,正电荷向右运动时受到的洛伦兹力方向向上,所以导体下端面的电BI势低于上端面的电势,故A正确;由霍尔电压U=K可知,霍尔电压与c无关,与a成反HHU比,故B错误;负离子在管道内运动,根据平衡条件有Bqv=Eq,又E=,由于是负离子,a:..与前端面的电势差为=Ba,故正确;由题意可得,液体的流量为Q=Sv=acv,(如图甲所示),其原理如图乙所示,加速器由两个铜质D形盒D、D构成,其间留有空隙,现对氚核(3H)加速,所需的高频电源的频率为f,121已知元电荷为e,下列说法正确的是(),,也可以对氦核(4He)加速2C2πm解析根据T=可知,被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期不变,A错eBv2ReB误;设D形盒的半径为R,则最终射出回旋加速器的速度满足evB=m,即有v=,最Rm2πmTeBeB终射出回旋加速器的速度与电压无关,B错误;根据T=可知m==,C正确;因eB2π2πf为氚核(3H)与氦核(4He)的比荷不同,所以不能用来加速氦核(4He),.(2023·浙江省柯桥中学模拟)在实验室中有一种污水流量计如图甲所示,其原理可以简化为如图乙所示模型:废液内含有大量正、负离子,从直径为d的圆柱形容器右侧流入,,并测出M、N间的电压U,则下列说法正确的是()、负离子所受洛伦兹力方向是相同的:..==2BB解析根据左手定则可知,正离子受到的洛伦兹力向下,UU负离子受到洛伦兹力向上,故A错误;当达到平衡时有q=qvB,解得v=,故B正确;dBd不带电的液体在磁场中不受力的作用,M、N两点没有电势差,无法计算流速,故C错误;1UπUd污水流量为Q=vS=πd2·=,,其中盒缝间的加速电场场强大小恒定,且被限制在AC板间,虚线中间不需加电场,带电粒子从P处以速度v沿电场线方向射入加速电场,00经加速后再进入D形盒中做匀速圆周运动,对这种改进后的回旋加速器,下列说法正确的是(),即带电粒子每运动一周被加速一次,电场的方向没有改变,则在AC间加速,电场方向不需要做周期性的变化,故B正确,D错误;根据mv212nmqUqvB=和nqU=mv2(n为加速次数),联立解得r=,可知PP=2(r-r)=2(2-r2Bq12212mqU2mqU1),PP=2(r-r)=2(3-2),所以PP≠PP,故C错误;当粒子从DBq2332Bq1223mv形盒中出来时,速度最大,根据r=知加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关,故ABq:..,,,为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场,()=m2得带电粒子进入磁场的速度为v=,结合带电粒子在磁场中运动2mmv12mU的轨迹半径R=,联立得到R=,由题意可知,该离子与质子在磁场中具有相同BqBqm离子的轨道半径和电荷量,故该离子和质子的质量之比=144,,可在相距为d、、下板和电阻R连接,上、,,不计离子的重力及离子间相互作用,下列说法正确的是(),a、b两端电压U=,a、b两端电压U=RS+,a、b两端电压U=RS+,a、b两端电压U=Rd+ρS答案C:..板,负离子偏向bU板,即上板为正极;稳定时满足q=Bq,解得U′=Bdv;根据电阻定律可知两金属板间dU′的电阻为r=,根据闭合电路欧姆定律有I=,a、b两端电压U=IR,联立解得U=SR+rBdvRS,故选RS+ρd9.(多选)“天问一号”火星探测器由地火转移阶段进入火星俘获阶段后,环绕火星飞行三个月,反复对首选着陆区进行预先探测.“天问一号”,用于测定磁场的磁感应强度,,它的横截面是宽为a、高为b的长方形,放在沿y轴正方向的匀强磁场中,导体中通有沿x轴正方向、,电子电荷量为e,金属导电过程中,、N分别与金属导体的前后两侧接触,、N的正负说法正确的是()、、,金属中的自由电子所受洛伦兹力方向指向M,则电子偏向M,即MUqabvΔt·ne为负、N为正,选项A错误,B正确;当达到平衡时有e=evB,I===nveab,aΔtΔtnebU联立解得B=,选项D正确,.(2023·广东潮州市模拟)在芯片制造过程中,,:..的四分之一圆环,其两端中心位置M和N处各有一个小孔,利用磁分析器选择出特定比荷的离子后经N点打在硅片未画出)上,、方向均垂直纸面向外;,:(1)能从速度选择器中心线通过的离子的速度大小;q(2)能通过N打到硅片上的离子的比荷,(1)(2)离子带正电荷BB2R解析(1)qE=qvBE解得v=Bv2(2)离子在磁分析器中,有qvB=mRqE解得=mB2R对离子受力分析可知,离子在磁分析器中受到的洛伦兹力指向圆心O,.(2023·广东东莞市调研)一种质谱仪的结构可简化为如图所示,粒子源释放出初速度可忽略不计的质子,、下表面为内半径为2R、,正对着通道出口处放置一块照相底片,,质子的比荷(电荷量与质量之比)为k,且质子恰好能击中照相底片的正中间位置.:..(1)求匀强磁场的磁感应强度大小B;(2)若粒子源产生比荷不同的带正电的粒子,且照相底片都能接收到粒子,(1)(2)3Rk25解析(1)由题意可知,当质子恰好能击中照相底片的正中间位置时,其运动半径为2R+4Rr==3R21设质子经过加速后获得的速度大小为v,根据动能定理有qU=mv22v2根据牛顿第二定律有qvB=mrq由题意可知=km联立解得12UB=3Rk(2)根据前面分析可知粒子运动半径R与比荷k的关系满足0012U1R=,则k∝0Bk0R200当粒子恰好打在底片最左端时,其半径最小,比荷最大,且4R+R5R==R122当粒子恰好打在底片最右端时,其半径最大,比荷最小,且8R-R7R==R222:..kR249所以1=2=.kR22521

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