物理課件（新教材粵教版）第十一章專題強化十九洛倫茲力與現(xiàn)代科技

專題強化十九目標要求1.理解質(zhì)譜儀和回旋加速器的原理，并能解決相關問題.2.會分析電場和磁場疊加的幾種實例.洛倫茲力與現(xiàn)代科技題型一質(zhì)譜儀題型二回旋加速器題型三疊加場在科技中的四種應用課時精練

內(nèi)容索引題型一質(zhì)譜儀1.作用測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素.2.原理(如圖所示)(3)粒子進入磁感應強度為B2的勻強磁場區(qū)域做勻速圓周運動，√√題型二回旋加速器1.構造如圖所示，D1、D2是半圓金屬盒，D形盒處于勻強磁場中，D形盒的縫隙處接交流電源.2.原理交流電周期和粒子做圓周運動的周期相等，使粒子每經(jīng)過一次D形盒縫隙就被加速一次.3.最大動能4.總時間√例3

回旋加速器被廣泛應用于科學研究和醫(yī)學設備中.如圖甲所示為回旋加速器的工作原理示意圖，D1盒中心A處有離子源，它不斷發(fā)出質(zhì)子.加在狹縫間的交變電壓如圖乙所示，電壓值的大小為U0、周期為T.已知質(zhì)子電荷量為q，質(zhì)量為m，D形盒的半徑為R.設狹縫很窄，粒子通過狹縫的時間可以忽略不計.設質(zhì)子從離子源發(fā)出時的初速度為零，不計質(zhì)子重力.求：(1)勻強磁場的磁感應強度B；質(zhì)子在D形盒內(nèi)做圓周運動，軌道半徑達到D形盒半徑R時被導出，此時具有最大動能.(2)質(zhì)子在回旋加速器中獲得的最大動能及加速次數(shù)；質(zhì)子每加速一次獲得的能量為E0＝qU0(3)質(zhì)子在回旋加速器中運動的時間(假設質(zhì)子經(jīng)加速后在磁場中又轉過半周后射出).題型三疊加場在科技中的四種應用考向1速度選擇器(1)平行板間電場強度E和磁感應強度B互相垂直.(如圖)(2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是洛倫茲力與電場力平衡(3)速度選擇器只能選擇粒子的速度，不能選擇粒子的電性、電荷量、質(zhì)量.(4)速度選擇器具有單向性.例4

(2023·廣東省模擬)如圖所示，M、N為速度選擇器的上、下兩個帶電極板，兩極板間有勻強電場和勻強磁場.勻強電場的電場強度大小為E、方向由M板指向N板，勻強磁場的方向垂直紙面向里.速度選擇器左右兩側各有一個小孔P、Q，連線PQ與兩極板平行.某種帶電微粒以速度v從P孔沿PQ連線射入速度選擇器，從Q孔射出.不計微粒重力，下列判斷正確的是A.帶電微粒一定帶正電B.勻強磁場的磁感應強度大小為C.若將該種帶電微粒以速率v從Q孔沿QP連線射入，不能從P孔射出D.若將該帶電微粒以2v的速度從P孔沿PQ連線射入后將做類平拋運動√若帶電微粒帶正電，則受到的洛倫茲力向上，電場力向下，若帶電微粒帶負電，則受到的洛倫茲力向下，電場力向上，微粒沿PQ運動，洛倫茲力等于電場力，因此微?？梢詭д娨部梢詭ж撾?，故A錯誤；若帶電微粒帶負電，從Q孔沿QP連線射入，受到的洛倫茲力和電場力均向上，若帶電微粒帶正電，從Q孔沿QP連線射入，受到的洛倫茲力和電場力均向下，不可能做直線運動，故不能從P孔射出，故C正確；若將該帶電微粒以2v的速度從P孔沿PQ連線射入后，洛倫茲力大于電場力，微粒做曲線運動，由于洛倫茲力是變力，不可能做類平拋運動，故D錯誤.(1)原理：如圖所示，等離子體噴入磁場，正、負離子在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉而聚集在B、A板上，產(chǎn)生電勢差，它可以把離子的動能通過磁場轉化為電能.考向2磁流體發(fā)電機(2)電源正、負極判斷：根據(jù)左手定則可判斷出正離子偏向B板，圖中的B板是發(fā)電機的正極.(3)發(fā)電機的電動勢：當發(fā)電機外電路斷路時，正、負離子所受電場力和洛倫茲力平衡時，兩極板間達到的最大電勢差為U，則

＝qvB，得U＝Bdv，則E＝U＝Bdv.當發(fā)電機接入電路時，遵從閉合電路歐姆定律.√√根據(jù)左手定則可知，正電荷向上偏轉，P板的電勢高于Q板的電勢，流過R的電流由a到b方向，A錯誤，B正確；考向3電磁流量計(1)流量(Q)：單位時間流過導管某一截面的導電液體的體積.(2)導電液體的流速(v)的計算：如圖所示，一圓柱形導管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導電的液體向右流動.導電液體中的正、負離子在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉，a處積累正電荷，b處積累負電荷，使a、b間出現(xiàn)電勢差，φa>φb.當自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時，a、b間的電例6

某化工廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計，測量管由絕緣材料制成，其長為L、直徑為D，左右兩端開口，在前后兩個內(nèi)側面a、c固定有金屬板作為電極，勻強磁場方向豎直向下.污水(含有大量的正、負離子)充滿管口從左向右流經(jīng)該測量管時，a、c兩端的電壓為U，顯示儀器顯示污水流量Q(單位時間內(nèi)排出的污水體積).則A.a側電勢比c側電勢低B.污水中離子濃度越高，顯示儀器的示數(shù)越大C.污水流量Q與U成正比，與L、D無關D.勻強磁場的磁感應強度B＝√污水中正、負離子從左向右移動，受到洛倫茲力，根據(jù)左手定則，正離子向后表面偏轉，負離子向前表面偏轉，所以a側電勢比c側電勢高，故A錯誤；考向4霍爾效應的原理和分析(1)定義：高為h、寬為d的導體(自由電荷是電子或正電荷)置于勻強磁場B中，當電流通過導體時，在導體的上表面A和下表面A′之間產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應，此電壓稱為霍爾電壓.(2)電勢高低的判斷：如圖，導體中的電流I向右時，根據(jù)左手定則可得，若自由電荷是電子，則下表面A′的電勢高.若自由電荷是正電荷，則下表面A′的電勢低.例7

生活中可以通過霍爾元件來測量轉動物體的轉速.如圖甲，在一個圓盤邊緣處沿半徑方向等間隔地放置四個小磁體，其中兩個N極向外，兩個S極向外.在圓盤邊緣附近放置一個霍爾元件，其尺寸如圖乙所示.當電路接通后，會在a、b兩端產(chǎn)生電勢差(霍爾電壓)，當圓盤轉動時，電壓經(jīng)電路放大后得到脈沖信號.已知脈沖信號的周期為T，若忽略感應電動勢的影響，則A.圓盤轉動的轉速為n＝B.改變乙圖中的電源正負極，不影響ab間電勢

差的正負號C.脈沖信號的最大值與霍爾元件的左右寬度L無關D.圓盤轉到圖示位置時，如果a點電勢高，說明霍

爾元件中定向移動的電荷帶負電√改變題圖乙中的電源正負極，ab間電勢差的正負號相反，故B錯誤；圓盤轉到題圖所示位置時，由左手定則可知，定向移動的電荷向下偏轉，若a點電勢高，則定向移動的電荷為負電荷，故D正確.四課時精練1.關于洛倫茲力的應用，下列說法正確的是基礎落實練1234567891011A.圖a速度選擇器中篩選出的粒子沿著PQ做勻加速直線運動B.圖b回旋加速器接入的工作電源是直流電C.圖c是質(zhì)譜儀的主要原理圖，其中

在磁場中偏轉半徑最大

的是D.圖d是磁流體發(fā)電機，將一束等離子體噴入磁場，A、B兩板間會產(chǎn)生

電壓，且A板電勢高1234567891011√1234567891011題圖a速度選擇器中篩選出的粒子運動時受到電場力和洛倫茲力，二力平衡，粒子沿著PQ做勻速直線運動，故A錯誤；回旋加速器接入的工作電源是交流電，故B錯誤；1234567891011將一束等離子體噴入磁場，根據(jù)左手定則可知，正離子向下偏轉，負離子向上偏轉，所以B板電勢高，故D錯誤.1234567891011√12345678910113.(多選)(2023·廣東廣州市模擬)如圖甲是霍爾效應的模型圖，導體的寬度、長度、厚度分別為a、b、c，磁感應強度為B的勻強磁場垂直導體的前、后表面向里，與磁場垂直向右的電流I是正電荷的運動形成的，已知霍爾電壓為UH＝

，UH與通過導體的電流I成正比，與沿著磁場方向導體的厚度H成反比，K是常數(shù)；如圖乙是電磁流量計的模型圖，長方形管道的寬度、長度、厚度分別為a、b、c，磁感應強度為B的勻強磁場垂直管道的上表面向下，帶負離子的液體向右運動的速度v與磁場垂直.液體的流量指單位時間內(nèi)流過管道橫截面的液體體積，則下列說法正確的是1234567891011A.對甲圖，導體下端面的電勢低于上端面的電勢B.對甲圖，霍爾電壓與c成正比C.對乙圖，管道后端面與前端面的電勢差為BavD.對乙圖，液體的流量為abv√1234567891011√由左手定則可知，正電荷向右運動時受到的洛倫茲力方向向上，所以導體下端面的電勢低于上端面的電勢，故A正確；1234567891011由題意可得，液體的流量為Q＝Sv＝acv，故D錯誤.4.勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器(如圖甲所示)，其原理如圖乙所示，加速器由兩個銅質(zhì)D形盒D1、D2構成，其間留有空隙，現(xiàn)對氚核()加速，所需的高頻電源的頻率為f，已知元電荷為e，下列說法正確的是A.被加速的帶電粒子在回旋加速器中做圓周

運動的周期隨半徑的增大而增大B.高頻電源的電壓越大，氚核最終射出回旋

加速器的速度越大1234567891011√12345678910111234567891011√1234567891011離子進入磁場后受到洛倫茲力作用，根據(jù)左手定則可知，正離子受到的洛倫茲力向下，負離子受到洛倫茲力向上，故A錯誤；不帶電的液體在磁場中不受力的作用，M、N兩點沒有電勢差，無法計算流速，故C錯誤；12345678910116.如圖為一種改進后的回旋加速器示意圖，其中盒縫間的加速電場場強大小恒定，且被限制在AC板間，虛線中間不需加電場，帶電粒子從P0處以速度v0沿電場線方向射入加速電場，經(jīng)加速后再進入D形盒中做勻速圓周運動，對這種改進后的回旋加速器，下列說法正確的是A.加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸無關B.帶電粒子每運動一周被加速一次C.帶電粒子每運動一周P1P2等于P2P3D.加速電場方向需要做周期性的變化能力綜合練√1234567891011帶電粒子只有經(jīng)過AC板間時被加速，即帶電粒子每運動一周被加速一次，電場的方向沒有改變，則在AC間加速，電場方向不需要做周期性的變化，故B正確，D錯誤；123456789101112345678910117.現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定.質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場加速，經(jīng)勻強磁場偏轉后從出口離開磁場.若某種一價正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速，為使它經(jīng)勻強磁場偏轉后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應強度增加到原來的12倍.此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為A.11 B.12 √12345678910118.磁流體發(fā)電機的原理如圖所示.將一束等離子體連續(xù)以速度v垂直于磁場方向噴入磁感應強度大小為B的勻強磁場中，可在相距為d、正對面積為S的兩平行金屬板間產(chǎn)生電壓.現(xiàn)把上、下板和電阻R連接，上、下板等效為直流電源的兩極.等離子體穩(wěn)定時在兩金屬板間均勻分布，電阻率為ρ.忽略邊緣效應，不計離子的重力及離子間相互作用，下列說法正確的是A.上板為正極，a、b兩端電壓U＝Bdv1234567891011√1234567891011根據(jù)左手定則可知，等離子體射入兩金屬板之間時，正離子偏向a板，負離子偏向b板，即上板為正極；12345678910119.(多選)“天問一號”火星探測器由地火轉移階段進入火星俘獲階段后，環(huán)繞火星飛行三個月，反復對首選著陸區(qū)進行預先探測.“天問一號”環(huán)繞器攜帶磁強計等探測儀器.目前有一種磁強計，用于測定磁場的磁感應強度，原理如圖所示.電路有一段金屬導體，它的橫截面是寬為a、高為b的長方形，放在沿y軸正方向的勻強磁場中，導體中通有沿x軸正方向、大小為I的電流.已知金屬導體單位長度中的自由電子數(shù)為n，電子電荷量為e，金屬導電過程中，自由電子的定向移動可視為勻速運動.兩電極M、N分別與金屬導體的前后兩側接1234567891011觸，用電壓表測出金屬導體前后兩個側面間的電勢差為U.則關于磁感應強度的大小和電極M、N的正負說法正確的是A.M為正、N為負B.M為負、N為正√√由左手定則可知，金屬中的自由電子所受洛倫茲力方向指向M，則電子偏向M，即M為負、N為正，選項A錯誤，B正確；1234567891011123456789101110.(2023·廣東潮州市模擬)在芯片制造過程中，離子注入是芯片制造的重要工序.甲圖是我國自主研發(fā)的離子注入機，乙圖是離子注入機的部分工作原理示意圖.從離子源發(fā)出的離子經(jīng)電場加速后沿水平方向先通過速度選擇器，再進入磁分析器，磁分析器是中心線半徑為R的四分之一圓環(huán)，其兩端中心位置M和N處各有一個小孔，利用磁分析器選擇出特定比荷的離子后經(jīng)N點打在硅片(未畫出)上，完成離子注入.已知速度選擇器和磁分析器中的勻強磁場的磁感應強度大小均為B、方向均垂直紙面向外；速度選擇器中勻強電場的電場強度大小為E.整個系統(tǒng)置于真空中，不計離子重力.求：1234567891011(1)能從速度選擇器中心線通