2023年屆高考物理磁場(chǎng)專題復(fù)習(xí)教案

2023高考復(fù)習(xí)電學(xué)局部精講精練磁場(chǎng)5磁場(chǎng)在科技生活中的運(yùn)用【課標(biāo)要求】把握帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的應(yīng)用實(shí)例。知道盤旋的工作原理。生疏電磁現(xiàn)象的爭(zhēng)論在社會(huì)進(jìn)展中的作用〔質(zhì)譜儀和盤旋的技術(shù)細(xì)節(jié)不作〕【學(xué)問精要】質(zhì)譜儀主要特征：將質(zhì)量數(shù)不等電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場(chǎng)加速后進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)2mEK2mEK推導(dǎo)過程如下：R=

1 ，由上式，BUq對(duì)2mUqqB qB qB B2mUqm同一元素均為常量，故R 。m質(zhì)譜儀是測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具。盤旋盤旋是利用帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)方向，然后進(jìn)入電場(chǎng)中加速，使帶電粒子在盤旋過程中漸漸加速。m m 盤旋加速的最大速度v 由D型盒的邊緣的半徑R打算即R m故。qBv qBRm m加速條件：交變電壓的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等。盤旋的優(yōu)點(diǎn)：使帶電粒子在較小的空間得到電場(chǎng)的屢次加速，而使粒子獲中的盤旋周期將發(fā)生變化，這就破壞了盤旋的工作條件。速度選擇器：構(gòu)造如以下圖

＋＋＋＋＋＋vBvB板射入時(shí)，帶電粒子同時(shí)受到電場(chǎng)力F=qE和洛侖茲力f=qvB作用，當(dāng)兩者等大反向時(shí)，粒子不偏轉(zhuǎn)，而是沿直線勻速直線運(yùn)動(dòng)，qE=qvBv=E/Bv=E/B的速度沿垂直于磁場(chǎng)和電場(chǎng)的方向射入正交的電磁場(chǎng)中，粒子就不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。速度選擇器只選擇速度的大小而不選擇粒子的種類。即只要滿足v=E/B，粒子就能沿直線勻速通過選擇器，而與粒子的電性、電量、質(zhì)量無關(guān)。對(duì)于某一確定的速度選擇器，有確定的入口和出口。假設(shè)帶電粒子能以確定的速度沿某一方向作勻速直線運(yùn)動(dòng)，則沿相反方向則不能。磁流體發(fā)電機(jī)如以下圖是磁流體發(fā)電機(jī)，其原理是：等離子氣體噴入磁場(chǎng)，正負(fù)離子在洛侖茲力作用下發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)而聚攏到A、B板上，產(chǎn)生電勢(shì)差，設(shè)AB平行金屬板的面積為S，相距為L(zhǎng)，等粒子體的電阻率為ρv，板間磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為BR，當(dāng)?shù)入x子氣體勻速通過AB板間時(shí)，AB板上聚攏的電荷最多，板間電勢(shì)差最大，即為電源電動(dòng)勢(shì)U，此時(shí)離子受力平衡：qU/L=qvB，電動(dòng)勢(shì)U=BLvr=ρL/SR中電流為I ER+r

BLvRLS

BLvS。RSL電磁流量計(jì)：abdabv可以導(dǎo)電的液體向左流淌，導(dǎo)電流體中的正負(fù)離子在洛侖茲力作d用下橫向偏轉(zhuǎn)，ab間消滅電勢(shì)差，當(dāng)自由電荷所受電場(chǎng)力和洛侖ab間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定，由qvBqEq

Uv

U，流量QSv

d24

UdU。Bd 4B

d BdBdBdAhA’如以下圖，厚度為h，寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直 I于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為BA和下側(cè)面A”之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象叫做霍爾效應(yīng)。試驗(yàn)說明，當(dāng)磁場(chǎng)不夠強(qiáng)時(shí)，電勢(shì)差U、電流I、和磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系為U kBI，式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)霍爾效應(yīng)可以解釋為自由電子d力平衡時(shí)，導(dǎo)體板上下兩側(cè)面之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差?！久麕燑c(diǎn)撥】1：一個(gè)用于加速質(zhì)子的盤旋，其DRD形盒底面的勻強(qiáng)B，接在Df。以下說法正確的選項(xiàng)是A．質(zhì)子被加速后的最大速度不行能超過2πfRB．質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場(chǎng)的電壓大小無關(guān)C．只要R足夠大，質(zhì)子的速度可以被加速到任意值D．不需要轉(zhuǎn)變?nèi)魏瘟?，這個(gè)裝置也能用于加速α粒子解析：D型盒的半徑來打算，而與加速電壓無關(guān)；要加速某一粒子，必需滿足粒子的盤旋周期和加速電壓的交變周期一樣；工作原理，故粒子不能被無限加速，綜上所述，此題的答案是A和B。點(diǎn)撥：解決此題需透徹了解盤旋的工作原理和條件，切忌生搬硬套。2：質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的S產(chǎn)生的各種不同正離子束(速度可看作為零(加速電場(chǎng)極板間的距離為dU)Bs底片PP上的位置與入口處S之間的距離為x。s1 1 x Pq求該離子的荷質(zhì)比 ．mqUq假設(shè)離子源產(chǎn)生的是帶電量為qm1

m的同2s位素離子(m>m)，它們分別到達(dá)照相底片上的P、P位置1 2 1 2(圖中末畫出)，求P1、P2間的距離△x。假設(shè)第(2)小題中兩同位素離子同時(shí)進(jìn)入加速電場(chǎng)，求它們到達(dá)照相底片上的時(shí)間差△t(磁場(chǎng)邊界與靠近磁場(chǎng)邊界的極板間的距離無視不計(jì))．1〕離子在電場(chǎng)中加速，由動(dòng)能定理得qU

1mv2 ①2離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由牛頓其次定律得：qBvmv2 ②r而rx ③2q由式可得： 8U ④qm B2x2〔2〕m1

在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑是r，則：12qum1r2qum11 qB2qum2對(duì)離子m，同理得r 2qum22 2 qBP、P1 2

間的距離x2(r1

r) ( ) ⑦2 2qUmm2 qB 2 2qUmm離子md

1 qU t2 11 qU

2 md 11對(duì)離子md

t2⑨2 2 md 22m、m到達(dá)照相底片上的時(shí)間差lt(t1

21

t”) 2 qU

m) (mm1 2 qB1m

m)⑩2點(diǎn)撥：質(zhì)譜儀的主要原理是帶電粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，在現(xiàn)代技術(shù)中有著重要的應(yīng)用，處理問題時(shí)要留意對(duì)帶電粒子運(yùn)動(dòng)過程以及工作原理的分析。同時(shí)在物理學(xué)習(xí)中，“同中求異，異中求同”是解決問題的重要思維方法。例管中，電子束的偏轉(zhuǎn)是用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。U的加速電場(chǎng)后，進(jìn)入一圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，如以下圖。磁場(chǎng)方向垂直于圓面。磁場(chǎng)區(qū)的中心為O，半徑為r。當(dāng)不加磁OMP，需要加磁場(chǎng)，使電子束偏轉(zhuǎn)一角度B應(yīng)為多少？解析abCRv表示電子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度，m、e分別表示電子的質(zhì)量和電量，則1eU

mv2 ①2evB

mv2②R又有tan2

rR ③由以上各式解得1 2mU1 2mUr e

tan ④2點(diǎn)評(píng)：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，其圓心、半徑確實(shí)定是解題的關(guān)鍵。圓心確實(shí)〔一般是射入和射出磁場(chǎng)的兩點(diǎn)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間確實(shí)定，通常是利用圓心角與弦切角的關(guān)系或四邊形內(nèi)角和為360°計(jì)算出圓心角的大小，再由t

T〔或t

T〕求出運(yùn)動(dòng)時(shí)間。2 360例電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量可導(dǎo)電流體(如污水)在管中的流量(在單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積),為了簡(jiǎn)化,假設(shè)流量計(jì)是如圖所示的橫截面為長(zhǎng)方形的一段管道,其中空局部的長(zhǎng)、寬、高分別為圖中的a、b、c。流量計(jì)的兩端與輸送流體的管道相連接〔圖中虛線。圖中流量計(jì)的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料?，F(xiàn)于流量計(jì)所在處加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于前后兩R的電流表的兩端連接，I表示測(cè)得的電流值。流體的電阻率為。不計(jì)電流計(jì)的內(nèi)阻，則可求得流量為 〔〕A.I(bR

c ) B.

C. I(cRa)B a B c B bD.I(Rbc)B a生偏移(即霍爾效應(yīng))qvB＝qE得上、下兩側(cè)面間的電勢(shì)差為：U＝Ec＝vBc它相當(dāng)于電源電動(dòng)勢(shì)，所以測(cè)量電路可等效成上圖。LE＝U＝vBc，電源內(nèi)阻就是處于流量計(jì)內(nèi)的導(dǎo)電液體電阻，即r＝ρs

c＝ρa(bǔ)bE所以流過電流表電流為：I＝rRQBc

vBc= cR=ab

QQ＝vS＝vbcv＝bc所以I＝bc

QBa

I，Q＝

〔cRb〕 cRab

cRab B a故此題正確答案選A點(diǎn)撥：搞清金屬內(nèi)部產(chǎn)生霍耳效應(yīng)是由于自由電子在洛侖茲力作用下的偏轉(zhuǎn)而形成的，穩(wěn)定的霍爾電壓。例5：我國(guó)第21次南極科考隊(duì)在南極觀看到了秀麗的極光。極光是由來自太陽(yáng)的高能量帶電粒子流高速?zèng)_進(jìn)高空淡薄大氣層時(shí)，被地球磁場(chǎng)俘獲，從而轉(zhuǎn)變?cè)羞\(yùn)動(dòng)方向，向兩極做螺旋運(yùn)動(dòng)，如以下圖。這些高能粒子在運(yùn)動(dòng)過程中與大氣分子或原子猛烈碰撞或摩擦從而激發(fā)大氣分子或原子，使其發(fā)出有確定特征的各種顏色的光。地磁場(chǎng)的存在，使多數(shù)宇宙粒子不能到達(dá)地面而向人煙稀有的兩極偏移，為地球生命的誕生和維持供給了自然的屏障?？茖W(xué)家覺察并證明，向兩極做螺旋運(yùn)動(dòng)的這些高能粒子的旋轉(zhuǎn)半徑是不斷減小的，這 主 要 與 下 列 哪 些 因 素 有 關(guān) :〔 〕A.洛倫茲力對(duì)粒子做負(fù)功，使其動(dòng)能減小B.空氣阻力做負(fù)功，使其動(dòng)能減小C.靠近南北兩極磁感應(yīng)強(qiáng)度增加D.太陽(yáng)對(duì)粒子的引力做負(fù)功解析：帶電粒子斜射入地磁場(chǎng)中，在一段極短的時(shí)間內(nèi)，功，所以速度不斷減小，由于靠近低級(jí)，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度不斷增加，依據(jù)r粒子的軌道半徑不斷減小，故此題的正確答案是B和C。

mv可知，qB點(diǎn)撥：快速構(gòu)建物理模型，將實(shí)際生活和所學(xué)學(xué)問相聯(lián)系是我們應(yīng)當(dāng)具備的力氣。例題3：(2023菏澤模擬)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以下圖的流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口，在垂直于上下底面方向加磁感B污水布滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓．假設(shè)用Q表示污水流量〔單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積，以下說法中正確的選項(xiàng)是BDA．假設(shè)污水中正離子較多，則前外表比后外表電勢(shì)高B．前外表的電勢(shì)確定低于后外表的電勢(shì)，與哪種離子多無關(guān)C．污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大D．污水流量Q與U成正比，與a、b無關(guān)解析：勢(shì)低于后外表的電勢(shì)；穩(wěn)定時(shí)，由qvB=qU/c，即U=Bvc所以電壓表的示數(shù)和離子的濃度凹凸無關(guān)；由于流量Q=vbc=Ub/B，所以流量QU成正比，與a、b無關(guān)。點(diǎn)撥：搞清物理現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理是解決某些物理問題的前提和關(guān)鍵，6：串列是用來產(chǎn)生高能離子的裝置。圖中虛線框內(nèi)為其主體的原理示意圖，其中加速管bU，a、c兩端均有電極接地〔電勢(shì)為零?，F(xiàn)將速度很低的負(fù)一價(jià)碳離子從a端輸入，當(dāng)離子到達(dá)ｂ處時(shí)，可被設(shè)在ｂn價(jià)正離子，而不轉(zhuǎn)變其速度大小這些正n價(jià)碳離子從c端飛出后進(jìn)入一與其速度方向垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在磁場(chǎng)中做半徑為 R的圓周運(yùn)動(dòng)。碳離子的質(zhì)量為m=2.0×10-26kg，U=7.5×105V，B=0.50T，n=2，基元電荷e=1.6×10-19C，求R。解析：bvcv，由能量關(guān)系得：1 21 1 1mv2=eU，2 1

mv2=2 2

mv2+neU進(jìn)入磁場(chǎng)后，碳離子做圓周運(yùn)動(dòng)，R=mv2 1

/Bne，得21 1 Bn e聯(lián)系，巧借力學(xué)規(guī)律，建立方程組，求出未知量?！緶?zhǔn)時(shí)反響】1．2023120230分，中國(guó)遠(yuǎn)洋科學(xué)考察船“大洋一號(hào)“300天、10萬公里的總行程后順當(dāng)?shù)卦谇鄭u近海錨地拋錨“大洋一號(hào)”4作者可以依據(jù)水流切割地磁場(chǎng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來測(cè)定海水的速度。假設(shè)海洋某處的磁場(chǎng)豎直重量為B=0.5×10-4T，水流是南北流向，將兩電極豎直插入此處海水中，且保持兩電極的連線垂直水流方向。假設(shè)兩電極相距L=20m，與兩電極相連的靈敏電壓表讀數(shù)U=0.2mV，則海水的流速大小為A．10m/s B．0.2m/s C．5m/s2．如以下圖,a、b、c、dm=m＜m=m，以a b c dv＜v=v＜va b c dD1D2P1B1P2為B2的磁場(chǎng)由此可以推斷射向D1的是 離子.(不計(jì)重力D1D2P1B1P2

D．2m/s-B2+如以下圖，電容器兩極板相距為d，兩板間電壓為U，極板間的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，一束電荷量一樣的帶正電的粒子從圖示方向射入電容器，沿直線穿過電容器后B2a、b兩點(diǎn)，兩點(diǎn)間距離為△R.設(shè)粒子qa、b兩點(diǎn)的粒子的質(zhì)量之差△m是多少？盤旋D型盒中心為質(zhì)子流，D型盒的溝通電壓為U，靜止質(zhì)子經(jīng)過加速后，進(jìn)入D型