高考物理一轮总复习精品课件 第11章 磁场 第5讲 专题提升 现代科技中的电场与磁场问题 (5).ppt

考向二回旋加速器的原理及应用典题2(2024湖北武汉华中师大一模)世界上第一台回旋加速器,如图甲所示。其结构示意图如图乙所示,D1和D2是两个中空的、半径为R的半圆形金属盒,两盒之间窄缝的宽度为d,它们之间有一定的电势差U。两个金属盒处于与盒面垂直的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。D1盒的中央A处的粒子源可以产生质量为m、电荷量为+q(q0)的粒子,粒子每次经过窄缝都会被电场加速,之后进入磁场做匀速圆周运动,经过若干次加速后,粒子从金属盒D1边缘离开,忽略粒子的初速度、粒子的重力、粒子间的相互作用及相对论效应。(1)求粒子离开加速器时获得的最大动能Ekm。(2)在分析带电粒子的运动轨迹时,求第N次加速后与第N+1次加速后匀速圆周运动轨道直径的差值。(3)已知回旋加速器两盒之间窄缝的宽度d=1cm,加速电压U=2kV,磁感应强度B=0.1T,可加速氘核(电荷量为q=1.6×10-19C,质量m=3.34×10-27kg),达到最大动能Ekm=60keV。氘核在电场中加速的时间不能忽略,氘核在最后一次加速后刚好继续完成半个匀速圆周运动,求氘核运动的总时间。(结果保留两位有效数字)解析(1)当带电粒子运动半径为半圆金属盒的半径R时,粒子的速度达到最大值vm,由牛顿第二定律得(3)氘核每穿过缝隙一次,静电力对氘核做功。由动能定理有nqU=Ekm解得氘核穿过D形盒间缝隙的总次数为n=30氘核在电场中做匀加速直线运动,将在电场中的运动看成一个整体方法技巧解决电磁场科学技术问题的一般思维程序题型二电场与磁场叠加的应用实例考向一速度选择器的原理及应用典题3(2024北京海淀模拟)如图所示,速度选择器的两平行导体板之间有方向互相垂直的匀强电场和匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里。一电荷量为+q(q0)的粒子以速度v从S点进入速度选择器后,恰能沿图中虚线通过。不计粒子重力,下列说法可能正确的是()A.电荷量为-q的粒子以速度v从S点进入后将向下偏转B.电荷量为+2q的粒子以速度v从S点进入后将做类平抛运动C.电荷量为+q的粒子以大于v的速度从S点进入后动能将逐渐减小D.电荷量为-q的粒子以大于v的速度从S点进入后动能将逐渐增大C解析电荷量为+q的粒子以速度v进入速度选择器后受力平衡,有qvB=qE,由左手定则可知,洛伦兹力竖直向上,静电力竖直向下,即电场强度的方向竖直向下,且有E=vB,当电荷量为-q的粒子以速度v从S点进入后,粒子所受的洛伦兹力和静电力同时反向,仍受力平衡,粒子沿着图中虚线通过,A错误;电荷量为+2q的粒子以速度v从S点进入后,洛伦兹力和静电力均加倍,粒子受力平衡,将沿着图中虚线通过,B错误;电荷量为+q的粒子以大于v的速度从S点进入后,向上的洛伦兹力大于向下的静电力,粒子的运动轨迹将向上弯曲,静电力对粒子做负功,粒子的动能将逐渐减小,C正确;电荷量为-q的粒子以大于v的速度从S点进入后,向下的洛伦兹力大于向上的静电力,粒子的运动轨迹将向下弯曲,静电力对粒子做负功,粒子的动能将逐渐减小,D错误。考向二磁流体发电机的原理及应用典题4(多选)磁流体发电机又叫等离子体发电机,如图所示,燃烧室在3000K的高温下将气体全部电离为电子和正离子,即高温等离子体。高温等离子体经喷管提速后以1000m/s的速度进入矩形发电通道。发电通道有垂直于喷射速度方向的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小为6T。等离子体发生偏转,在两极间形成电势差。已知发电通道长a=60cm,宽b=20cm,高d=30cm,等离子体的电阻率ρ=2Ω·m,外接电阻R不为零,电流表视为理想电表,闭合开关K,则以下判断正确的是()A.电阻R两端的电压为1800VB.发电通道的上极板为电源正极C.当外接电阻R的阻值为4Ω时,发电机输出功率最大D.增加磁感应强度B,电流表读数也会相应增大答案BD考向三电磁流量计的原理及应用典题5工业上常用电磁流量计来测量高黏度及强腐蚀性导电流体的流量Q(单位时间内流过管道横截面的液体体积)。其原理如图所示,在非磁性材料做成的圆管处加一磁感应强度大小为B的匀强磁场,当导电液体流过此磁场区域时,测出管壁上下M、N两点间的电势差U,就可计算出管中液体的流量。已知排污管道直径为10cm。在定标时测定,当M、N点间外接电压表示数为1mV时,其流量约为280m3/h。下列说法正确的是()A.测量M、N间电势差时,应将电压表正接线柱与M相连B.其他条件一定时,M、N间电压与流量成反比C.其他条件一定时,电压表示数恒定,其流量与导电液体中的离子浓度成正比D.若排污管直径换成5