1011版高中物理 5.6洛倫茲力與現(xiàn)代科技課時(shí)講練通課件 滬科版選修31

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1、1.1.為什么不采用直接利用電場(chǎng)加速來獲得高能粒子？為什么不采用直接利用電場(chǎng)加速來獲得高能粒子？提示：提示：利用電場(chǎng)加速，由于受電源電壓的限制，只能利用電場(chǎng)加速，由于受電源電壓的限制，只能獲得能量并不是很高的粒子獲得能量并不是很高的粒子. .如果采取多級(jí)加速，粒子如果采取多級(jí)加速，粒子沿直線加速，實(shí)驗(yàn)裝置必然做得非常長(zhǎng)，這就給建造沿直線加速，實(shí)驗(yàn)裝置必然做得非常長(zhǎng)，這就給建造帶來很大的不便帶來很大的不便. .所以在較小范圍內(nèi)獲得較高能量的粒所以在較小范圍內(nèi)獲得較高能量的粒子是很難通過電場(chǎng)直接加速實(shí)現(xiàn)的子是很難通過電場(chǎng)直接加速實(shí)現(xiàn)的. .2.2.回旋加速器兩端所加的交流電壓的周期由什么決回旋加速

2、器兩端所加的交流電壓的周期由什么決定？定？提示：提示：為了保證每次帶電粒子經(jīng)過狹縫時(shí)均被加速，為了保證每次帶電粒子經(jīng)過狹縫時(shí)均被加速，使之能量不斷提高，交流電壓的周期必須等于帶電粒使之能量不斷提高，交流電壓的周期必須等于帶電粒子在回旋加速器中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期即子在回旋加速器中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期即因此，交流電壓的周期由帶電粒子的質(zhì)量因此，交流電壓的周期由帶電粒子的質(zhì)量m m、帶電量、帶電量q q和加速器中的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和加速器中的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B B來決定來決定. .2 mT=.qB3.3.有同學(xué)說：有同學(xué)說：“回旋加速器兩回旋加速器兩D D形電極間所加交變電壓形電極間所加交變電壓越

3、大，帶電粒子最后獲得的能量越高？越大，帶電粒子最后獲得的能量越高？”，你認(rèn)為該，你認(rèn)為該同學(xué)的說法正確嗎？為什么？同學(xué)的說法正確嗎？為什么？提示：提示：不正確不正確. .由由qvBqvB= = 和和E Ek k= mv= mv2 2得得E Ek k= = 當(dāng)當(dāng)r=Rr=R時(shí)，有最大動(dòng)能時(shí)，有最大動(dòng)能E Ekmkm= (R= (R為為D D形盒的半徑形盒的半徑) )，即粒子在回旋加速器中獲得的最大動(dòng)能與即粒子在回旋加速器中獲得的最大動(dòng)能與q q、m m、B B、R R有關(guān)，與加速電壓無關(guān)有關(guān)，與加速電壓無關(guān). .事實(shí)上，只要事實(shí)上，只要q q、m m、B B、R R一一定，加速電壓越大，只是單次

4、加速獲得的動(dòng)能越大，定，加速電壓越大，只是單次加速獲得的動(dòng)能越大，但從全過程來看，粒子被加速的次數(shù)減少了，粒子獲但從全過程來看，粒子被加速的次數(shù)減少了，粒子獲得的最高能量不變得的最高能量不變. .2mvr1222 2q B r,2m222q B R2m【典例【典例1 1】(2010(2010新四區(qū)高二檢新四區(qū)高二檢測(cè)測(cè)) )一個(gè)用于加速質(zhì)子的回旋加一個(gè)用于加速質(zhì)子的回旋加速器，其核心部分如圖所示，速器，其核心部分如圖所示，D D形盒半徑為形盒半徑為R R，垂直，垂直D D形盒底面的形盒底面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B，兩，兩盒分別與交流電源相連盒分別與交流電源相連. .

5、下列說下列說法正確的是法正確的是( )( )A.A.質(zhì)子被加速后的最大速度隨質(zhì)子被加速后的最大速度隨B B、R R的增大而增大的增大而增大B.B.質(zhì)子被加速后的最大速度隨加速電壓的增大而增大質(zhì)子被加速后的最大速度隨加速電壓的增大而增大C.C.只要只要R R足夠大，質(zhì)子的速度就可以被加速到任意值足夠大，質(zhì)子的速度就可以被加速到任意值D.D.不需要改變?nèi)魏瘟浚@個(gè)裝置也能用于加速不需要改變?nèi)魏瘟?，這個(gè)裝置也能用于加速粒子粒子【思路點(diǎn)撥【思路點(diǎn)撥】解答此題應(yīng)明確以下三點(diǎn)：解答此題應(yīng)明確以下三點(diǎn)：(1)(1)回旋加速器電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用回旋加速器電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用. .(2)(2)回旋加速器粒子獲得的最大

6、速度回旋加速器粒子獲得的最大速度(3)(3)回旋加速器所加交變電壓的周期等于粒子做勻速圓回旋加速器所加交變電壓的周期等于粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期周運(yùn)動(dòng)的周期qBRv=.m2 mT=. qB【自主解答【自主解答】選選A.A.由由 得，當(dāng)?shù)茫?dāng)r=Rr=R時(shí)，質(zhì)子有最大時(shí)，質(zhì)子有最大速度速度 即即B B、R R越大，越大，v vm m越大，越大，v vm m與加速電壓無與加速電壓無關(guān)，關(guān)，A A對(duì)、對(duì)、B B錯(cuò)錯(cuò). .隨著質(zhì)子速度隨著質(zhì)子速度v v的增大、質(zhì)量的增大、質(zhì)量m m會(huì)發(fā)生變會(huì)發(fā)生變化，據(jù)化，據(jù) 知質(zhì)子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期也變化，所知質(zhì)子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期也變化，所加交流電與其運(yùn)動(dòng)不再同步，即

7、質(zhì)子不可能一直被加加交流電與其運(yùn)動(dòng)不再同步，即質(zhì)子不可能一直被加速下去，速下去，C C錯(cuò)錯(cuò). .由上面周期公式知由上面周期公式知粒子與質(zhì)子做圓周粒子與質(zhì)子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期不同，故此裝置不能用于加速運(yùn)動(dòng)的周期不同，故此裝置不能用于加速粒子，粒子，D D錯(cuò)錯(cuò). .mvr=qBmqBRv =,m2 mT=qB1.1.從離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)電場(chǎng)加速后，由小孔進(jìn)入一從離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)電場(chǎng)加速后，由小孔進(jìn)入一個(gè)速度選擇器后，再進(jìn)入磁場(chǎng)，你知道速度選擇器的個(gè)速度選擇器后，再進(jìn)入磁場(chǎng)，你知道速度選擇器的工作原理嗎？工作原理嗎？提示：提示：工作原理：如圖所示，帶電工作原理：如圖所示，帶電粒子所受重力可忽略不計(jì)，

8、粒子在粒子所受重力可忽略不計(jì)，粒子在兩板間同時(shí)受到電場(chǎng)力和洛倫茲力兩板間同時(shí)受到電場(chǎng)力和洛倫茲力作用，只有當(dāng)二力平衡時(shí)，粒子才作用，只有當(dāng)二力平衡時(shí)，粒子才不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，沿直線穿過兩板間不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，沿直線穿過兩板間. .由由qE=qvBqE=qvB得得v= v= 只有滿足只有滿足v= v= 的粒子才能從速度選的粒子才能從速度選擇器中被選擇出來擇器中被選擇出來. .E,BEB2.2.速度選擇器可以選擇粒子的速度大小，能選擇粒子速度選擇器可以選擇粒子的速度大小，能選擇粒子電性與比荷嗎？電性與比荷嗎？提示：提示：速度選擇器只選擇速度速度選擇器只選擇速度( (大小、方向大小、方向) )而不能選而不能選擇

9、粒子的質(zhì)量和電量，若粒子從另一方向入射，則不擇粒子的質(zhì)量和電量，若粒子從另一方向入射，則不能穿出速度選擇器能穿出速度選擇器. .3.3.如果帶電粒子的電荷相同而質(zhì)量不同，它們經(jīng)速度如果帶電粒子的電荷相同而質(zhì)量不同，它們經(jīng)速度選擇器進(jìn)入磁場(chǎng)后做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑相同嗎？為什選擇器進(jìn)入磁場(chǎng)后做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑相同嗎？為什么？么？提示：提示：帶電粒子經(jīng)速度選擇器以相同的速度進(jìn)入磁帶電粒子經(jīng)速度選擇器以相同的速度進(jìn)入磁場(chǎng)，由半徑公式場(chǎng)，由半徑公式 可知可知q q、v v、B B相同而相同而m m不同的粒不同的粒子，半徑一定不同子，半徑一定不同. .mvr=Bq【典例【典例2 2】(2009(2009廣東高考

10、廣東高考) )如圖如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖. .帶電帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入速粒子被加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入速度選擇器度選擇器. .速度選擇器內(nèi)相互正交速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為別為B B和和E.E.平板平板S S上有可讓粒子通上有可讓粒子通過的狹縫過的狹縫P P和記錄粒子位置的膠片和記錄粒子位置的膠片A A1 1A A2 2. .平板平板S S下方有強(qiáng)下方有強(qiáng)度為度為B B0 0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng). .下列表述正確的是下列表述正確的是( )( )A.A.質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工

11、具B.B.速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外C.C.能通過狹縫能通過狹縫P P的帶電粒子的速率等于的帶電粒子的速率等于E/BE/BD.D.離子打在膠片上的位置越靠近狹縫離子打在膠片上的位置越靠近狹縫P P，離子的荷質(zhì)比，離子的荷質(zhì)比越小越小【思路點(diǎn)撥【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)：解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)：(1)(1)知道速度選擇器的原理；知道速度選擇器的原理；(2)(2)熟悉粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問題；熟悉粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問題；(3)(3)熟悉相關(guān)公式的建立與銜接熟悉相關(guān)公式的建立與銜接. . 【自主解答【自主解答】選選A A、B B、C.C.由加速電場(chǎng)可知

12、離子所受電由加速電場(chǎng)可知離子所受電場(chǎng)力向下，即離子帶正電，在速度選擇器中，電場(chǎng)力場(chǎng)力向下，即離子帶正電，在速度選擇器中，電場(chǎng)力水平向右，洛倫茲力水平向左，如題圖所示，因此速水平向右，洛倫茲力水平向左，如題圖所示，因此速度選擇器中磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，度選擇器中磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，B B正確；經(jīng)過速度正確；經(jīng)過速度選擇器時(shí)滿足選擇器時(shí)滿足qE=qvBqE=qvB，可知能通過狹縫，可知能通過狹縫P P的帶電離子的的帶電離子的速率等于速率等于E/BE/B，帶電離子進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)則有，帶電離子進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)則有R=mv/qBR=mv/qB，可見當(dāng)，可見當(dāng)v v相同時(shí)，相同時(shí)，R R

13、所以可以用來區(qū)分所以可以用來區(qū)分同位素，且同位素，且R R越大，比荷就越小，越大，比荷就越小，D D錯(cuò)誤錯(cuò)誤. .m,q【典例【典例3 3】在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和】在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一傾角為勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一傾角為、足夠、足夠長(zhǎng)的光滑絕緣斜面，磁感應(yīng)強(qiáng)度大長(zhǎng)的光滑絕緣斜面，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為小為B B，方向垂直紙面向外，電場(chǎng)方，方向垂直紙面向外，電場(chǎng)方向豎直向上向豎直向上. .有一質(zhì)量為有一質(zhì)量為m m，帶電荷，帶電荷量為量為+q+q的小球靜止在斜面頂端，這時(shí)小球?qū)π泵娴恼男∏蜢o止在斜面頂端，這時(shí)小球?qū)π泵娴恼龎毫η『脼榱?，如圖所示，若迅速把電場(chǎng)方向反轉(zhuǎn)為壓力恰好為零，如圖所示

14、，若迅速把電場(chǎng)方向反轉(zhuǎn)為豎直向下，小球能在斜面上連續(xù)滑行多遠(yuǎn)？所用時(shí)間豎直向下，小球能在斜面上連續(xù)滑行多遠(yuǎn)？所用時(shí)間是多少？是多少？【思路點(diǎn)撥【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)(1)帶電小球的重力不能忽略；帶電小球的重力不能忽略；(2)(2)要根據(jù)小球的受力情況確定其運(yùn)動(dòng)情況要根據(jù)小球的受力情況確定其運(yùn)動(dòng)情況. . 【標(biāo)準(zhǔn)解答【標(biāo)準(zhǔn)解答】答案答案: : 知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)1 1：回旋加速器：回旋加速器1.(20101.(2010吉林高二檢測(cè)吉林高二檢測(cè)) )用回旋加速器來加速質(zhì)子，用回旋加速器來加速質(zhì)子，為了使質(zhì)子獲得的動(dòng)能增加為原來的為了使質(zhì)子獲得的動(dòng)能增加為原來的

15、4 4倍，原則上可以倍，原則上可以采用下列哪幾種方法采用下列哪幾種方法( )( )A.A.將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來的將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來的2 2倍倍B.B.將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來的將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來的4 4倍倍C.C.將將D D形盒的半徑增大為原來的形盒的半徑增大為原來的2 2倍倍D.D.將將D D形盒的半徑增大為原來的形盒的半徑增大為原來的4 4倍倍【解析【解析】選選A A、C.C.質(zhì)子在回旋加速器中做圓周運(yùn)動(dòng)的半質(zhì)子在回旋加速器中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑徑r= r= 故動(dòng)能故動(dòng)能E Ek k= = 所以要使動(dòng)能變?yōu)樵瓉淼乃砸箘?dòng)能變?yōu)樵瓉淼? 4倍，應(yīng)將磁感應(yīng)強(qiáng)度倍，應(yīng)將磁感應(yīng)強(qiáng)度B

16、 B或或D D形盒半徑增為原來的形盒半徑增為原來的2 2倍，倍，A A、C C對(duì)，對(duì)，B B、D D錯(cuò)錯(cuò). .mv,Bq22 2q B r,2m2.19302.1930年，勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)年，勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖所示回旋加速器，其原理如圖所示. .這臺(tái)加這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)速器由兩個(gè)銅質(zhì)D D形盒形盒D D1 1、D D2 2構(gòu)成，其間構(gòu)成，其間留有空隙留有空隙. .下列說法正確的是下列說法正確的是( )( )A.A.離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器B.B.離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器C.C.離子從磁

17、場(chǎng)中獲得能量離子從磁場(chǎng)中獲得能量D.D.離子從電場(chǎng)中獲得能量離子從電場(chǎng)中獲得能量【解析【解析】選選A A、D.D.回旋加速器的兩個(gè)回旋加速器的兩個(gè)D D形盒間隙分布周形盒間隙分布周期性變化的電場(chǎng)，不斷地給帶電粒子加速使其獲得能期性變化的電場(chǎng)，不斷地給帶電粒子加速使其獲得能量；而量；而D D形盒處分布勻強(qiáng)磁場(chǎng)，具有一定速度的帶電粒形盒處分布勻強(qiáng)磁場(chǎng)，具有一定速度的帶電粒子在子在D D形盒內(nèi)受到洛倫茲力提供的向心力而做勻速圓周形盒內(nèi)受到洛倫茲力提供的向心力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；洛倫茲力不做功不能使離子獲得能量，運(yùn)動(dòng)；洛倫茲力不做功不能使離子獲得能量，C C錯(cuò)；離錯(cuò)；離子源在回旋加速器的中心附近，子源在

18、回旋加速器的中心附近，A A、D D對(duì)，對(duì)，B B錯(cuò)錯(cuò). . 知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)2 2：質(zhì)譜儀：質(zhì)譜儀3.3.如圖所示是質(zhì)譜儀的示意圖，它可以測(cè)定單個(gè)離子如圖所示是質(zhì)譜儀的示意圖，它可以測(cè)定單個(gè)離子的質(zhì)量的質(zhì)量. .圖中離子源圖中離子源S S產(chǎn)生帶電荷量為產(chǎn)生帶電荷量為q q的離子，經(jīng)電壓的離子，經(jīng)電壓為為U U的電場(chǎng)加速后垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為的電場(chǎng)加速后垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，沿半圓軌道運(yùn)動(dòng)到記錄它的照片底片中，沿半圓軌道運(yùn)動(dòng)到記錄它的照片底片P P上，測(cè)得它上，測(cè)得它在在P P上位置與上位置與A A處相距為處相距為d d，求該離子的質(zhì)量，求該離子的質(zhì)量m.m.【解析【解

19、析】單個(gè)離子經(jīng)電場(chǎng)加速后有單個(gè)離子經(jīng)電場(chǎng)加速后有 離子進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)有離子進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)有 聯(lián)立聯(lián)立得得答案答案: :21qU=mv22mvBqv=rdr=222B d qm=.8U22B d q8U 知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)3 3：其他應(yīng)用實(shí)例：其他應(yīng)用實(shí)例4.(20114.(2011紹興高二檢測(cè)紹興高二檢測(cè)) )如圖所示如圖所示, ,充充電的兩平行金屬板間有場(chǎng)強(qiáng)為電的兩平行金屬板間有場(chǎng)強(qiáng)為E E的勻強(qiáng)的勻強(qiáng)電場(chǎng)和方向與電場(chǎng)垂直電場(chǎng)和方向與電場(chǎng)垂直( (垂直紙面向里垂直紙面向里) )的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng), ,磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,B,構(gòu)成速度構(gòu)成速度選擇器選擇器, ,氕氘氚核以相同

20、的動(dòng)能氕氘氚核以相同的動(dòng)能E Ek k從兩從兩極板中間垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)射入速度選擇器極板中間垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)射入速度選擇器, ,且氘核沿且氘核沿直線射出直線射出, ,則射出時(shí)則射出時(shí)( )( )A.A.動(dòng)能增加的是氚核動(dòng)能增加的是氚核 B.B.動(dòng)能增加的是氕核動(dòng)能增加的是氕核C.C.偏向正極板的是氚核偏向正極板的是氚核 D.D.偏向正極板的是氕核偏向正極板的是氕核【解析【解析】選選A A、D.D.動(dòng)能相同的氕氘氚核由于質(zhì)量不同動(dòng)能相同的氕氘氚核由于質(zhì)量不同, ,由由v= v= 知知, ,射入速度選擇器中的速度也不同射入速度選擇器中的速度也不同, ,氕核氕核的速度比氘核大的速度比氘核大, ,洛倫

21、茲力大于電場(chǎng)力洛倫茲力大于電場(chǎng)力, ,偏向正極板偏向正極板, ,電電場(chǎng)力做負(fù)功場(chǎng)力做負(fù)功, ,動(dòng)能減小動(dòng)能減小, ,故故B B錯(cuò)錯(cuò),D,D對(duì)對(duì). .氚核的速度比氘核氚核的速度比氘核的速度小的速度小, ,洛倫茲力小于電場(chǎng)力洛倫茲力小于電場(chǎng)力, ,偏向負(fù)極板偏向負(fù)極板, ,電場(chǎng)力做電場(chǎng)力做正功正功, ,動(dòng)能增加動(dòng)能增加, ,故故A A對(duì)，對(duì)，C C錯(cuò)錯(cuò). .2qUm5.5.如圖所示如圖所示, ,磁流體發(fā)電機(jī)的極板相距磁流體發(fā)電機(jī)的極板相距d=0.2 m,d=0.2 m,極板間極板間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),B=1.0 T.,B=1.0 T.外電路中負(fù)載外電路中負(fù)載電阻電

22、阻R R用導(dǎo)線與極板相連，用導(dǎo)線與極板相連，R=4 .R=4 .電離氣體以速率電離氣體以速率v=v=1 100 m/s1 100 m/s沿極板射入沿極板射入, ,極板間電離氣體等效內(nèi)阻極板間電離氣體等效內(nèi)阻r=r=1 ,1 ,試求此發(fā)電機(jī)的輸出功率為多大試求此發(fā)電機(jī)的輸出功率為多大? ?【解析【解析】開關(guān)開關(guān)S S斷開時(shí)斷開時(shí), ,由離子受力平衡可得由離子受力平衡可得所以板間電壓為所以板間電壓為:U=Ed=Bvd:U=Ed=Bvd. .此發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為此發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為E E源源=U=Bvd=U=Bvd=1.0=1.01 1001 1000.2 V=220 V.0.2 V=220 V.據(jù)閉合

23、電路歐姆定律可求得電路中的電流據(jù)閉合電路歐姆定律可求得電路中的電流故此發(fā)電機(jī)的輸出功率故此發(fā)電機(jī)的輸出功率P=IP=I2 2R=44R=442 24 W=7 744 W4 W=7 744 W答案答案: :7 744 W7 744 WqUqvB=qE=.dE220I=A=44 AR+r4+1源一、選擇題一、選擇題( (本題包括本題包括5 5個(gè)小題，每小題個(gè)小題，每小題3 3分，共分，共1515分分) )1.1.關(guān)于回旋加速器中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的說法中正確的是關(guān)于回旋加速器中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的說法中正確的是( )( )A.A.電場(chǎng)和磁場(chǎng)都對(duì)帶電粒子起加速作用電場(chǎng)和磁場(chǎng)都對(duì)帶電粒子起加速作用B.B.電場(chǎng)和磁場(chǎng)是

24、交替地對(duì)帶電粒子做功的電場(chǎng)和磁場(chǎng)是交替地對(duì)帶電粒子做功的C.C.只有磁場(chǎng)才能對(duì)帶電粒子起加速作用只有磁場(chǎng)才能對(duì)帶電粒子起加速作用D.D.磁場(chǎng)的作用是使帶電粒子在磁場(chǎng)的作用是使帶電粒子在D D形盒中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)形盒中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)【解析【解析】選選D.D.回旋加速器中電場(chǎng)的作用是使帶電粒子回旋加速器中電場(chǎng)的作用是使帶電粒子每經(jīng)過狹縫一次加速一次，磁場(chǎng)的作用是使帶電粒子每經(jīng)過狹縫一次加速一次，磁場(chǎng)的作用是使帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng). .但對(duì)帶電粒子不做功但對(duì)帶電粒子不做功. .所以所以D D正確，正確，A A、B B、C C均不正確均不正確. .2.2.回旋加速器是利

25、用較低電壓的回旋加速器是利用較低電壓的高頻電源使粒子經(jīng)多次加速獲得高頻電源使粒子經(jīng)多次加速獲得巨大速度的一種儀器，工作原理巨大速度的一種儀器，工作原理如圖，下列說法正確的是如圖，下列說法正確的是( )( )A.A.粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)B.B.粒子的軌道半徑與它的速率成正比粒子的軌道半徑與它的速率成正比C.C.粒子的運(yùn)動(dòng)周期和運(yùn)動(dòng)速率成正比粒子的運(yùn)動(dòng)周期和運(yùn)動(dòng)速率成正比D.D.粒子由粒子由A A0 0運(yùn)動(dòng)到運(yùn)動(dòng)到A A1 1比粒子由比粒子由A A2 2運(yùn)動(dòng)到運(yùn)動(dòng)到A A3 3所用時(shí)間少所用時(shí)間少【解析【解析】選選A A、B.B.帶電粒子在磁場(chǎng)中在洛倫茲力的作用帶電

26、粒子在磁場(chǎng)中在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由 可知粒子的軌道可知粒子的軌道半徑與其速率半徑與其速率v v成正比，運(yùn)動(dòng)周期成正比，運(yùn)動(dòng)周期T T與運(yùn)動(dòng)速率無關(guān)，與運(yùn)動(dòng)速率無關(guān)，所以所以A A、B B正確，正確，C C不正確不正確. .粒子由粒子由A A0 0運(yùn)動(dòng)到運(yùn)動(dòng)到A A1 1，所用時(shí)，所用時(shí)間和粒子由間和粒子由A A2 2運(yùn)動(dòng)到運(yùn)動(dòng)到A A3 3所用時(shí)間都是所用時(shí)間都是 是相同的，所是相同的，所以以D D錯(cuò)錯(cuò). .mv2 mr=,T=qBqBT,23.3.如圖為質(zhì)譜儀工作原理分析圖，如圖為質(zhì)譜儀工作原理分析圖，若用質(zhì)譜儀分析帶正電的離子束若用質(zhì)譜儀分析帶正電的離子束

27、的性質(zhì)，則下列判斷正確的是的性質(zhì)，則下列判斷正確的是 ( )( )A.A.若離子束是同位素，則若離子束是同位素，則BDBD的距的距離越大，離子的質(zhì)量越大離越大，離子的質(zhì)量越大B.B.若離子束是同位素，則若離子束是同位素，則BDBD的距離越大，離子的質(zhì)量的距離越大，離子的質(zhì)量越小越小C.C.只要只要BDBD的距離相同，則離子的質(zhì)量一定相同的距離相同，則離子的質(zhì)量一定相同D.D.只要只要BDBD的距離相同，則離子的比荷的距離相同，則離子的比荷( (荷質(zhì)比荷質(zhì)比) )一定相一定相同同【解析【解析】選選A A、D.D.電場(chǎng)加速電場(chǎng)加速qUqU= mv= mv2 2，帶電粒子在勻強(qiáng)，帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中

28、做勻速圓周運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)qvBqvB= BD= BD間距為間距為2r2r，所以，所以有有BD= BD= 若離子束是同位素，若離子束是同位素，q q相同，則相同，則BDBD的距的距離越大，說明離子的質(zhì)量越大，離越大，說明離子的質(zhì)量越大，A A正確，正確，B B錯(cuò)誤，只要錯(cuò)誤，只要BDBD距離相同，則說明距離相同，則說明 相同，即比荷也相同，相同，即比荷也相同，C C錯(cuò)誤，錯(cuò)誤，D D正確正確. .122vm,r22mU,Bqmq4.4.如圖所示，在如圖所示，在x0 x0、y0y0的空間中有恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，的空間中有恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于OxyOxy

29、平面向里，大小為平面向里，大小為B.B.現(xiàn)有現(xiàn)有一質(zhì)量為一質(zhì)量為m m，電荷量為，電荷量為q q的帶電粒子，在的帶電粒子，在x x軸上到原點(diǎn)軸上到原點(diǎn)O O的距離為的距離為x x0 0的的P P點(diǎn)，以平行于點(diǎn)，以平行于y y軸的初速度垂直于磁場(chǎng)軸的初速度垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)作用下沿垂直于的方向射入磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)作用下沿垂直于y y軸的方向射軸的方向射出磁場(chǎng)出磁場(chǎng). .不計(jì)重力的影響，由這些條件可知不計(jì)重力的影響，由這些條件可知( )( )A.A.可以確定粒子通過可以確定粒子通過y y軸時(shí)的位置軸時(shí)的位置B.B.可以確定粒子速度的大小可以確定粒子速度的大小C.C.可以確定粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)

30、動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間可以確定粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間D.D.以上三個(gè)判斷都不對(duì)以上三個(gè)判斷都不對(duì)【解析【解析】選選A A、B B、C.C.可判斷帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)可判斷帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡為四分之一圓周，其圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)，半徑為軌跡為四分之一圓周，其圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)，半徑為r=xr=x0 0，所以粒子通過，所以粒子通過y y軸時(shí)的位置坐標(biāo)為軸時(shí)的位置坐標(biāo)為(0(0，x x0 0) )，在，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t= T= At= T= A、C C正確；由半徑公正確；由半徑公式式 得粒子的速度大小得粒子的速度大小 B B正確正確. .14m,2qBmvr=qB0qBxv=,m5

31、.(20105.(2010合肥高二檢測(cè)合肥高二檢測(cè)) )為了測(cè)量某化工廠的污水排為了測(cè)量某化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別的流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為為a a、b b、c c，左右兩端開口，在垂直于上下底面方向加，左右兩端開口，在垂直于上下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)固定有金的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)固定有金屬板作為電極，污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，屬板作為電極，污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)

32、電極間的電壓電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U.U.若用若用Q Q表示污水流量表示污水流量( (單位時(shí)間內(nèi)流出的污水體積單位時(shí)間內(nèi)流出的污水體積) )，下列說法中正確的是，下列說法中正確的是( )( )A.A.若污水中正離子較多，則前表面比后表面電勢(shì)低若污水中正離子較多，則前表面比后表面電勢(shì)低B.B.前表面的電勢(shì)一定低于后表面的電勢(shì)，與哪種離子前表面的電勢(shì)一定低于后表面的電勢(shì)，與哪種離子多少無關(guān)多少無關(guān)C.C.污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大D.D.污水流量污水流量Q Q與與U U成正比，與成正比，與a a、b b、c c無關(guān)無關(guān)【解析【解析】選選B.B

33、.根據(jù)污水流動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向的關(guān)系，根據(jù)污水流動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向的關(guān)系，由左手定則判斷，流量計(jì)的前表面聚集負(fù)電荷，后表由左手定則判斷，流量計(jì)的前表面聚集負(fù)電荷，后表面聚集正電荷，故前表面電勢(shì)一定低于后表面的電面聚集正電荷，故前表面電勢(shì)一定低于后表面的電勢(shì)，與哪種離子多少無關(guān)，勢(shì)，與哪種離子多少無關(guān)，A A錯(cuò)誤，錯(cuò)誤，B B正確正確. .當(dāng)污水中的當(dāng)污水中的帶電粒子所受的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡帶電粒子所受的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡(qE=qvB(qE=qvB) )時(shí)，時(shí)，電壓表示數(shù)達(dá)到恒壓，又因?yàn)殡妷罕硎緮?shù)達(dá)到恒壓，又因?yàn)閁=EbU=Eb，所以，所以U=vBbU=vBb，可見，可見電壓與離子濃度無關(guān)，電

34、壓與離子濃度無關(guān)，C C錯(cuò)誤，污水流量可求為錯(cuò)誤，污水流量可求為Q=vbcQ=vbc= = 故流量故流量Q Q與與U U成正比，與成正比，與a a、b b無關(guān)，與無關(guān)，與c c有關(guān)，有關(guān)，D D錯(cuò)錯(cuò)誤誤. .Uc,B二、非選擇題二、非選擇題( (本題包括本題包括2 2個(gè)小題，共個(gè)小題，共1515分分) )6.(76.(7分分) )如圖所示為電視機(jī)顯像管如圖所示為電視機(jī)顯像管的簡(jiǎn)化原理圖，現(xiàn)有質(zhì)量為的簡(jiǎn)化原理圖，現(xiàn)有質(zhì)量為m m、電、電荷量為荷量為e e、初速度不計(jì)的電子經(jīng)加、初速度不計(jì)的電子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，垂直于磁場(chǎng)射入速電場(chǎng)加速后，垂直于磁場(chǎng)射入寬度為寬度為L(zhǎng) L的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，勻強(qiáng)的有

35、界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B，若電子束的偏轉(zhuǎn)角為，若電子束的偏轉(zhuǎn)角為，求：，求：加速電場(chǎng)的電勢(shì)差加速電場(chǎng)的電勢(shì)差U U為多大？為多大？【解析【解析】設(shè)電子被加速電場(chǎng)加速后速度為設(shè)電子被加速電場(chǎng)加速后速度為v v，其運(yùn)動(dòng)軌，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示跡如圖所示. .據(jù)動(dòng)能定理有據(jù)動(dòng)能定理有eUeU= mv= mv2 2設(shè)粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后做半徑為設(shè)粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后做半徑為R R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)據(jù)牛頓第二定律有據(jù)牛頓第二定律有據(jù)幾何關(guān)系有據(jù)幾何關(guān)系有sinsin= =由以上各式解得由以上各式解得答案答案: :122vevB=mRLR222eB LU=.

36、2msin 222eB L2msin 7.(87.(8分分) )圖示為質(zhì)譜儀的示意圖圖示為質(zhì)譜儀的示意圖. .速速度選擇器部分的勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度選擇器部分的勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度度E E1.21.210105 5 V/m V/m，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B B1 10.6 T0.6 T，偏轉(zhuǎn)分離，偏轉(zhuǎn)分離器的磁感應(yīng)強(qiáng)度器的磁感應(yīng)強(qiáng)度B B2 20.8 T.0.8 T.(1)(1)求能沿直線通過速度選擇器的粒子的速度大小求能沿直線通過速度選擇器的粒子的速度大小v.v.(2)(2)已知質(zhì)子的質(zhì)量已知質(zhì)子的質(zhì)量m mH H1.671.671010-27-27 kg kg，所帶的電荷，

37、所帶的電荷量量e e1.61.610101919 C C，求質(zhì)子和氘核，求質(zhì)子和氘核2 21 1H H進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器后打在照相底片上的條紋之間的距離后打在照相底片上的條紋之間的距離d.d.【解析【解析】(1)(1)能沿直線通過速度選擇器的粒子所受到的能沿直線通過速度選擇器的粒子所受到的電場(chǎng)力和洛倫茲力等大、反向，即電場(chǎng)力和洛倫茲力等大、反向，即evBevB1 1eEeE解得：解得：551E1.2 10v= m/s=2 10 m/sB0.6(2)(2)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)B B2 2后做圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供粒子后做圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，即做圓周運(yùn)動(dòng)的向

38、心力，即evBevB2 2可得：可得：R R又質(zhì)子的質(zhì)量為又質(zhì)子的質(zhì)量為m mH H，氘核的質(zhì)量為，氘核的質(zhì)量為2m2mH H，則有：，則有：5.25.210103 3 m. m.答案答案: :(1)2(1)210105 5m/s (2)5.2m/s (2)5.210103 3 m m2vm,R2mveBHH222mvmvd=2-2eBeB1.(20101.(2010聊城高二檢測(cè)聊城高二檢測(cè))(10)(10分分) )如圖所示，在地面附如圖所示，在地面附近有一范圍足夠大的互相正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)近有一范圍足夠大的互相正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng). .勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B

39、 B，方向水平且垂直紙面向外，方向水平且垂直紙面向外，一質(zhì)量為一質(zhì)量為m m、帶電量為、帶電量為-q-q的帶電微粒在此區(qū)域恰好做速的帶電微粒在此區(qū)域恰好做速度大小為度大小為v v的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的勻速圓周運(yùn)動(dòng).(.(重力加速度為重力加速度為g)g)(1)(1)求此區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向；求此區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向；(2)(2)若某時(shí)刻微粒運(yùn)動(dòng)到場(chǎng)中距地面高度為若某時(shí)刻微粒運(yùn)動(dòng)到場(chǎng)中距地面高度為H H的的P P點(diǎn)，速點(diǎn)，速度與水平方向成度與水平方向成4545角，如圖所示角，如圖所示. .則該微粒至少需經(jīng)則該微粒至少需經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)到距地面最高點(diǎn)？最高點(diǎn)距地面多高？多長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)到距地面最高點(diǎn)

40、？最高點(diǎn)距地面多高？【解析【解析】(1)(1)帶電微粒做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力應(yīng)與重帶電微粒做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力應(yīng)與重力平衡，有力平衡，有mg=Eqmg=Eq，即，即E=mg/qE=mg/q，方向豎直向下，方向豎直向下. .2.(102.(10分分) )目前世界上正在研究的一種新型發(fā)電機(jī)叫做目前世界上正在研究的一種新型發(fā)電機(jī)叫做磁流體發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)與一般發(fā)電機(jī)不同，它可磁流體發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)與一般發(fā)電機(jī)不同，它可以把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，它的發(fā)電原理如圖所示，以把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，它的發(fā)電原理如圖所示，將一束等離子體將一束等離子體( (即高溫下電離的氣體，含有大量帶正即高溫下電離的氣體，

41、含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒，而從整體來說呈電中性電和帶負(fù)電的微粒，而從整體來說呈電中性) )噴射入磁噴射入磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中場(chǎng)，磁場(chǎng)中A A、C C兩平行金屬板的面積為兩平行金屬板的面積為S S，彼此相距為，彼此相距為L(zhǎng) L，等離子體的電導(dǎo)率為，等離子體的電導(dǎo)率為P(P(即電阻率的倒數(shù)即電阻率的倒數(shù)) )，噴入速，噴入速度為度為v v，板間磁感應(yīng)強(qiáng)度，板間磁感應(yīng)強(qiáng)度B B與氣流方向垂直，與板相連與氣流方向垂直，與板相連的電阻的阻值為的電阻的阻值為R R，試回答：，試回答：(1)(1)此發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)有多大？此發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)有多大？(2)(2)合上合上S S，流過，流過R R的電流的電流I I為多少

42、？為多少？【解析【解析】(1)(1)發(fā)電機(jī)的電源電動(dòng)勢(shì)發(fā)電機(jī)的電源電動(dòng)勢(shì)E E即為外電路斷開時(shí)即為外電路斷開時(shí)電源兩板間的電勢(shì)差，當(dāng)?shù)入x子體沿直線勻速通過電源兩板間的電勢(shì)差，當(dāng)?shù)入x子體沿直線勻速通過A A、C C兩板時(shí)，兩板時(shí)，A A、C C兩板間的電勢(shì)差達(dá)到最大，設(shè)等離子體兩板間的電勢(shì)差達(dá)到最大，設(shè)等離子體電荷量為電荷量為q q，則由平衡條件有：，則由平衡條件有：qBvqBv= (2= (2分分) )所以電源電動(dòng)勢(shì)為：所以電源電動(dòng)勢(shì)為：E=BLvE=BLv. (2. (2分分) )EqL(2)(2)由電阻定律得，電源的內(nèi)阻為由電阻定律得，電源的內(nèi)阻為r= (2r= (2分分) )根據(jù)閉合電路歐姆定律，流過根據(jù)閉合電路歐姆定律，流過R R的電流為：的電流為： (2 (2分分) )代入代入E E和和r r可得可得 (2 (2分分) )答案答案: :(1)BLv (2)(1)BLv (2)LL=SPSEI=R+rBLvBLvPSI=.LRPS+LR+PSBLvPSRPS+L