决胜考场高中物理模块九磁场考点53带电粒子在复合场中运动之实际应用问题.docx

考点5.3 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. (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. (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. (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.5.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.6.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＝.(多选)一质子以速度v穿过互相垂直的电场和磁场区域(如图7所示)而没有发生偏转，则(　BD　)若电子以相同速度v射入该区域，将会发生偏转无论何种带电粒子(不计重力)，只要以相同速度v射入都不会发生偏转若质子的速度v′v，它将向下偏转而做类平抛运动若质子的速度v′v，它将向上偏转，其运动轨迹既不是圆弧也不是抛物线(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(　AC　)质子被加速后的最大速度不可能超过2πRf质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比质子第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(　C　)该束带电粒子带负电速度选择器的P1极板带负电在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷越小在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大(多选)1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，它是由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，其原理如图9所示，关于该加速器下列说法正确的是(　AC　)电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋电场和磁场同时用来加速带电粒子在交流电压一定的条件下，回旋加速器的半径越大，则带电粒子获得的动能越大同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的大小有关，而与交流电压的频率无关（多选）如图是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是( ABC )质谱仪是分析同位素的重要工具速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小（多选）回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示。设D形盒半径为R。若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f。则下列说法