第61課時磁場技術(shù)應(yīng)用實例(題型研究課)命題點一組合場應(yīng)用實例考法1回旋加速器1構(gòu)造：如圖所示，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒的縫隙處接交流電源，D形盒處于勻強磁場中。2原理：交流電的周期和粒子做圓周運動的周期相等，粒子經(jīng)電場加速，經(jīng)磁場回旋。由qvB得Ekm，可見粒子獲得的最大動能由磁感應(yīng)強度B和D形盒半徑r決定，與加速電壓無關(guān)。例1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形盒中的勻強磁場做勻速圓周運動。對這種改進后的回旋加速器，下列說法正確的是()A帶電粒子每運動一周被加速兩次B帶電粒子每運動一周P1P2P3P4C帶電粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關(guān)D加速電場方向需要做周期性的變化解析帶電粒子只有經(jīng)過AC板間時被加速，即帶電粒子每運動一周被加速一次，加速電場的方向不需要改變，故A、D錯誤；根據(jù)r得，則P1P22(r2r1)，因為帶電粒子每運動一周被加速一次，根據(jù)v22v122ad(定值)，知每運動一周，速度的變化量不等，且v4v3<v2v1，則P1P2>P3P4，故B錯誤；當帶電粒子從D形盒中出來時，速度最大，根據(jù)r得，v，知帶電粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關(guān)，故C正確。答案C考法2質(zhì)譜儀1構(gòu)造：如圖所示，由粒子源、加速電場、偏轉(zhuǎn)磁場和照相底片等構(gòu)成。2原理：粒子在加速電場中由靜止被加速，根據(jù)動能定理，有qUmv2，粒子在磁場中做勻速圓周運動，有qvB。例2質(zhì)譜儀是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具。如圖所示為質(zhì)譜儀的原理示意圖，現(xiàn)利用質(zhì)譜儀對氫元素進行測量。讓氫元素三種同位素的離子流從容器A下方的小孔S無初速度飄入電勢差為U的加速電場，加速后垂直進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，氫的三種同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三條“質(zhì)譜線”。則下列判斷正確的是()A進入磁場時速度從大到小依次是氕、氘、氚B進入磁場時動能從大到小依次是氕、氘、氚C在磁場中運動時間由大到小依次是氕、氘、氚Da、b、c三條“質(zhì)譜線”依次對應(yīng)氕、氘、氚解析離子通過加速電場的過程，有qUmv2，因為氕、氘、氚三種離子的電荷量相同、質(zhì)量依次增大，故進入磁場時動能相同，速度依次減小，A正確，B錯誤；由T可知，氕、氘、氚三種離子在磁場中運動的周期依次增大，又三種離子在磁場中運動的時間均為半個周期，故在磁場中運動時間由大到小依次為氚、氘、氕，C錯誤；由qvBm及qUmv2，可得R ，故氕、氘、氚三種離子在磁場中的軌跡半徑依次增大，所以a、b、c三條“質(zhì)譜線”依次對應(yīng)氚、氘、氕，D錯誤。答案A(1)回旋加速器解題要點：加速電壓是交變電壓，其周期和粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期相同；粒子獲得的最大動能由磁感應(yīng)強度B和D形盒最大半徑R決定，而與加速電壓無關(guān)。(2)質(zhì)譜儀(根據(jù)帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)量的差異來區(qū)分不同粒子的儀器)解題要點：初始時粒子具有的相同、不同的參量，根據(jù)運動規(guī)律找出最后造成偏轉(zhuǎn)量不同的原因。 集訓(xùn)沖關(guān)1(多選)1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖所示，這臺加速器由兩個銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙。下列說法正確的是()A離子由加速器的中心附近進入加速器B離子由加速器的邊緣進入加速器C離子從磁場中獲得能量D離子從電場中獲得能量解析：選AD由R知，隨著被加速離子的速度增大，離子在磁場中做圓周運動的軌跡半徑逐漸增大，所以離子必須由加速器中心附近進入加速器，A項正確，B項錯誤；離子在電場中被加速，使動能增加，在磁場中洛倫茲力不做功，離子做勻速圓周運動，動能不改變，即離子從電場中獲得能量，C項錯誤，D項正確。2.質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖。離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束(速度可視為零)，經(jīng)加速電場加速后垂直進入有界勻強磁場，到達記錄它的照相底片P上，設(shè)離子在P上的位置到入口處S1的距離為x，可以判斷()A若離子束是同位素，則x越小，離子質(zhì)量越大B若離子束是同位素，則x越小，離子質(zhì)量越小C只要x相同，則離子質(zhì)量一定相同Dx越大，則離子的比荷一定越大解析：選B由qUmv2，qvB，解得r ，又x2r ，分析各選項可知只有B正確。命題點二疊加場應(yīng)用實例裝置原理圖規(guī)律速度選擇器若qv0BEq，即v0，粒子做勻速直線運動磁流體發(fā)電機等離子體射入，受洛倫茲力偏轉(zhuǎn)，使兩極板帶正、負電，兩極電壓為U時穩(wěn)定，有qqv0B，UBdv0電磁流量計qqvB，所以v，所以QvS霍爾元件當磁場方向與電流方向垂直時，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢差例1帶正電的甲、乙、丙三個粒子(不計重力)分別以速度v甲、v乙、v丙垂直射入電場和磁場相互垂直的復(fù)合場中，其軌跡如圖所示，則下列說法正確的是()Av甲>v乙>v丙Bv甲<v乙<v丙C甲的速度可能變大D丙的速度不一定變大解析由左手定則可判斷正粒子所受洛倫茲力向上，而所受的電場力向下，由運動軌跡可判斷qv甲B>qE，即v甲>，同理可得v乙，v丙<，所以v甲>v乙>v丙，故A正確，B錯誤；電場力對甲做負功，甲的速度一定減小，對丙做正功，丙的速度一定變大，故C、D錯誤。答案A例2如圖是磁流體發(fā)電機的原理示意圖，金屬板M、N正對著平行放置，且板面垂直于紙面，在兩板之間接有電阻R，在極板間有垂直于紙面向里的勻強磁場。當?shù)入x子束(分別帶有等量正、負電荷的離子束)從左向右進入極板間時，下列說法中正確的是()AN板的電勢高于M板的電勢BM板的電勢等于N板的電勢CR中有由b流向a的電流DR中有由a流向b的電流解析根據(jù)左手定則可知正離子向上極板偏轉(zhuǎn)，負離子向下極板偏轉(zhuǎn)，則M板的電勢高于N板的電勢；M板相當于電源的正極，R中有由a流向b的電流，據(jù)以上分析可知，D正確。答案D例3電磁泵在目前的生產(chǎn)、科技中得到了廣泛應(yīng)用。如圖所示，泵體是一個長方體，ab邊長為L1，兩側(cè)端面是邊長為L2的正方形；流經(jīng)泵體內(nèi)的液體密度為，在泵頭通入導(dǎo)電劑后液體的電導(dǎo)率為(電阻率的倒數(shù))，泵體所在處有方向垂直向外的磁場B，把泵體的上、下兩表面接在電壓為U(內(nèi)阻不計)的電源上，則()A泵體上表面應(yīng)接電源負極B通過泵體的電流IC增大磁感應(yīng)強度可獲得更大的抽液高度D減小液體的電導(dǎo)率可獲得更大的抽液高度解析當泵體上表面接電源負極時，電流從下向上流過泵體，泵體內(nèi)液體受到的磁場力水平向右，與抽液方向相反，故A錯誤；根據(jù)電阻定律，泵體內(nèi)液體的電阻R，因此流過泵體的電流IUL1，故B錯誤；增大磁感應(yīng)強度B，泵體內(nèi)液體受到的磁場力變大，因此可獲得更大的抽液高度，故C正確；若減小液體的電導(dǎo)率，可以使電流減小，受到的磁場力減小，使抽液高度減小，故D錯誤。答案C速度選擇器、磁流體發(fā)電機等原理基本相同。解題時：一是要應(yīng)用洛倫茲力確定粒子偏轉(zhuǎn)方向；二是要應(yīng)用電場力和洛倫茲力的平衡條件。判斷洛倫茲力方向時一定要注意區(qū)分正、負粒子。 集訓(xùn)沖關(guān)1.(多選)如圖所示是粒子速度選擇器的原理圖，如果粒子所具有的速率v，那么()A帶正電粒子必須沿ab方向從左側(cè)進入場區(qū)，才能沿直線通過B帶負電粒子必須沿ba方向從右側(cè)進入場區(qū)，才能沿直線通過C不論粒子電性如何，沿ab方向從左側(cè)進入場區(qū)，都能沿直線通過D不論粒子電性如何，沿ba方向從右側(cè)進入場區(qū)，都能沿直線通過解析：選AC按四個選項要求讓粒子進入，可知只有A、C選項中粒子所受洛倫茲力與電場力等大反向，能沿直線勻速通過磁場。2.目前，世界上正在研究一種新型發(fā)電機叫磁流體發(fā)電機。如圖所示表明了它的發(fā)電原理：將一束等離子體噴射入磁場，磁場中有兩塊金屬板A、B，這時金屬板上就會聚集電荷，產(chǎn)生電壓。如果射入的等離子體的初速度為v，兩金屬板的板長(沿初速度方向)為L，板間距離為d，金屬板的正對面積為S，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向垂直于離子初速度方向，負載電阻為R，電離氣體充滿兩板間的空間。當發(fā)電機穩(wěn)定發(fā)電時，電流表的示數(shù)為I，那么板間電離氣體的電阻率為()ABC D解析：選A發(fā)電機穩(wěn)定工作時，離子所受電場力等于洛倫茲力，即qqvB，得UBvd，又RR1，R1為板間電離氣體的電阻，且R1，聯(lián)立得到電阻率的表達式為，故A正確。