物理步步高大一轮复习讲义第八章专题四.docxVIP

考点一　带电粒子在复合场中的实际应用1．质谱仪(1)构造：如图1所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成．图1(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，qU＝mv2.粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝m.由以上两式可得r＝ ，m＝，＝.2．回旋加速器(1)构造：如图2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．图2(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Ekm＝，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．速度选择器(1)构造：如图3所示，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，所以叫速度选择器．图3(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＝，速度v与粒子电荷量、电性、质量无关．4．磁流体发电机高速等离子体射入匀强磁场，在洛伦兹力的作用下发生偏转而打在A、B极板上，使两极板产生电势差．当离子做匀速运动时，两极板间的电势差最大．根据左手定则，如图4所示中的B极板是发电机的正极．若磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁感应强度为B，则由＝Bqv得两极板间能达到的最大电势差U＝Bdv.图45．霍尔效应如图5所示，在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流体，当磁场方向与电流方向垂直时，形成电流的载流子受洛伦兹力的作用发生偏转，导致导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差．这个现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差或霍尔电压．当载流子不偏转时，即所受洛伦兹力与电场力平衡时，霍尔电压达到稳定值．图56．电磁流量计电磁流量计原理：如图6所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动．导电液体中的自由电荷(正、负电子)在洛伦兹力作用下纵向偏转，a、b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、b间的电势差就保持稳定．由Bqv＝Eq＝，可得v＝.流量Q＝Sv＝.图6[思维深化]速度选择器、磁流体发电机、霍尔效应和电磁流量计有什么共性的地方？答案　速度选择器、磁流体发电机的两极产生稳定电势差时，霍尔效应中霍尔电势差达到稳定时，电磁流量计电势差达到稳定时，其本质都是粒子匀速通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场力与洛伦兹力平衡．1.[磁流体发电机的工作原理](多选)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能，如图7是它的示意图．平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负离子)喷入磁场，A、B两板间便产生电压．如果把A、B和用电器连接，A、B就是直流电源的两个电极，设A、B两板间距为d，磁感应强度为B′，等离子体以速度v沿垂直于磁场的方向射入A、B两板之间，则下列说法正确的是(　)图7A．A是直流电源的正极 B．B是直流电源的正极C．电源的电动势为B′dv D．电源的电动势为qvB′答案　BC解析　等离子体喷入磁场，正离子因受向下的洛伦兹力而向下偏转，B是直流电源的正极，则选项B正确；当带电粒子以速度v做匀速直线运动时，q＝qvB′，电源的电动势U＝B′dv，则选项C正确．2．[回旋加速器的工作原理](多选)劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图8所示．置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略．磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U.若A处粒子源产生质子的质量为m、电荷量为＋q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响．则下列说法正确的是(　)图8A．质子被加速后的最大速度不可能超过2πRfB．质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比C．质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为∶1D．不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器的最大动能不变答案　AC解析　质子被加速后的最大速度受到D形盒半径R的制约，因v＝＝2πRf，故A正确；质子离开回旋加速器的最大动能Ekm＝mv2＝m×4π2R2f2＝2mπ2R2f2，与加速电压U无关，B错误；根据R＝，Uq＝mv，2Uq＝mv，得质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为∶1，C正确；因回旋加速器的最大动能Ekm＝2mπ2R2f2与m、R、f均有关，D错误．3．[质谱仪的工作原理]1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖．若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图9所示，则下列相关说法中正确的是(　)图9A．该束带电粒子带负电B．速度选择器的P1极板带负电C．在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷越小D．在B2磁