高考物理一轮总复习精品课件 第10章 磁场 专题提升课13 现代科技中的电场与磁场问题 (2).ppt

考点二回旋加速器原理和分析(师生共研)1.构造:如图所示,D1、D2是半圆形金属盒,D形盒的缝隙处接交变电流,D形盒处于匀强磁场中。2.原理:①交变电流周期和粒子做圆周运动的周期相等;②使粒子每经过一次D形盒缝隙,粒子被加速一次。典例2.某型号的回旋加速器的工作原理如图甲所示,图乙为俯视图。回旋加速器的核心部分为两个D形盒,分别为D1、D2。D形盒装在真空容器里,整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中,磁场可以认为是匀强磁场,且与D形盒底面垂直。两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略不计。D形盒的半径为R,磁场的磁感应强度为B。质子从粒子源O处进入加速电场的初速度不计,质子质量为m、电荷量为+q。加速器接入一定频率的高频交变电压,加速电压为U。不考虑相对论效应和重力作用。(1)质子在回旋加速器中运动时,随轨迹半径r的增大,同一D形盒中相邻轨迹的半径之差Δr如何变化?为什么?(2)若使用这台回旋加速器加速α粒子,需要如何改造?答案(1)Δr随r增大而减小,理由见解析(2)见解析对点演练2.(2022山东临沂模拟)回旋加速器是用来加速带电粒子的装置,如图所示,它的核心部分是两个D形金属盒,两盒相距很近,分别和高频交流电源相连接,两盒间的窄缝中形成匀强电场,使带电粒子每次通过窄缝都得到加速。两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,带电粒子在磁场中做圆周运动,通过两盒间的窄缝时反复被加速,直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出。如果用同一回旋加速器分别加速氚核,则加速氚核和α粒子所用的交流电源的周期之比为,氚核和α粒子获得的最大动能之比为。?解析带电粒子每个运动周期内被加速两次,交流电源每个周期方向改变两次,所以交流电源的周期等于粒子的运动周期T,根据牛顿第二定律有3.(2022浙江绍兴模拟)回旋加速器的工作原理如图甲所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间距很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为B0的匀强磁场与盒面垂直。圆心O处粒子源产生的粒子质量为m、电荷量为+q,在加速器中被加速,加速电压u随时间t的变化关系如图乙所示,其中T=。加速过程中不考虑相对论效应和变化电场对磁场分布的影响。求:0(1)粒子从静止开始被加速,估算该粒子离开加速器时获得的动能Ek;(3)每加速一次,粒子在磁场中转半个圆周,若B=B0(1+α),则粒子在磁场中转半个圆周的时间比B=B0时缩短,则有考点三电场与磁场叠加的应用实例(师生共研)典例3.(多选)质谱仪的前端是速度选择器,如图所示,一束带电粒子(不计重力)从左端水平射入后,部分粒子沿直线从右端水平射出,则下列说法正确的是()A.射出的带电粒子一定带负电B.速度选择器的上极板一定带正电答案BC解析假设粒子带正电,根据左手定则可知,粒子所受洛伦兹力向上,为使粒子沿直线通过速度选择器,粒子所受静电力应向下,故速度选择器的上极板带正电。同理,假设粒子带负电,则洛伦兹力和静电力都改变方向,仍可得到上极板带正电。速度选择器的上极板带正电,且入射粒子所受的静电力和洛伦兹力等大,粒子就能从右端水平射出,与粒子的电性无关,A错误,B正确;由带电粒子受力平衡可知qE=qvB,解得v=,C正确;若带电粒子的入射速度v,则qvBqE,若粒子带正电,则粒子将向上偏转,若粒子带负电,则粒子将向下偏转,D错误。对点演练4.磁流体发电的原理如图所示,将一束速度为v的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为B的匀强磁场中,在相距为d、宽为a、长为b的两平行金属板间便产生电压。如果把上、下板和电阻R连接,上、下板就是一个直流电源的两极。若稳定时等离子体在两板间均匀分布,电阻率为ρ,忽略边缘效应,下列判断正确的是()答案C解析等离子体是由大量正、负离子组成的气体状物质,根据左手定则可知,正离子受到的洛伦兹力向下,负离子受到的洛伦兹力向上,所以下板为正极;当磁流体发电机达到稳定状态时,极板间的离子受力平衡,满足qvB=5.某电气设备和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件,电气设备正常工作;当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件,屏幕熄灭,电气设备进入休眠状态。如图所示,一块宽为a、厚为b、长为c的矩形半导体霍尔元件,元件内的导电粒子是电荷量为q的自由电荷,单位体积内自由电荷的个数为n,通入方向向右的电流I。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中,磁感应强度为B。于是元件的前、后表面间出现电压U,以此控制屏幕的熄灭。则元件的()A.前、后表面的电势