2020版高考物理第九章第61课时磁场技术应用实例（题型研究课）讲义

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1、第61课时　磁场技术应用实例(题型研究课)命题点一　组合场应用实例考法1　回旋加速器　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。[例1]　如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在AC板间，虚线中间不需加电场。带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒

2、中的匀强磁场做匀速圆周运动。对这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是(　　)A．带电粒子每运动一周被加速两次B．带电粒子每运动一周P1P2＝P3P4C．带电粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关D．加速电场方向需要做周期性的变化[解析]　带电粒子只有经过AC板间时被加速，即带电粒子每运动一周被加速一次，加速电场的方向不需要改变，故A、D错误；根据r＝得，则P1P2＝2(r2－r1)＝，因为带电粒子每运动一周被加速一次，根据v22－v12＝2ad(定值)，知每运动一周，速度的变化量不等，且v4－v3P3P4，故B错误；

3、当带电粒子从D形盒中出来时，速度最大，根据r＝得，v＝，知带电粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关，故C正确。[答案]　C考法2　质谱仪　1．构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。2．原理：粒子在加速电场中由静止被加速，根据动能定理，有qU＝mv2，粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝。[例2]　质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。如图所示为质谱仪的原理示意图，现利用质谱仪对氢元素进行测量。让氢元素三种同位素的离子流从容器A下方的小孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场，加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强

4、磁场中，氢的三种同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱线”。则下列判断正确的是(　　)A．进入磁场时速度从大到小依次是氕、氘、氚B．进入磁场时动能从大到小依次是氕、氘、氚C．在磁场中运动时间由大到小依次是氕、氘、氚D．a、b、c三条“质谱线”依次对应氕、氘、氚[解析]　离子通过加速电场的过程，有qU＝mv2，因为氕、氘、氚三种离子的电荷量相同、质量依次增大，故进入磁场时动能相同，速度依次减小，A正确，B错误；由T＝可知，氕、氘、氚三种离子在磁场中运动的周期依次增大，又三种离子在磁场中运动的时间均为半个周期，故在磁场中运动时间

5、由大到小依次为氚、氘、氕，C错误；由qvB＝m及qU＝mv2，可得R＝，故氕、氘、氚三种离子在磁场中的轨迹半径依次增大，所以a、b、c三条“质谱线”依次对应氚、氘、氕，D错误。[答案]　A(1)回旋加速器解题要点：加速电压是交变电压，其周期和粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期相同；粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒最大半径R决定，而与加速电压无关。(2)质谱仪(根据带电粒子在磁场中偏转量的差异来区分不同粒子的仪器)解题要点：初始时粒子具有的相同、不同的参量，根据运动规律找出最后造成偏转量不同的原因。　　[集训冲关]1．(多选)1930

6、年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙。下列说法正确的是(　　)A．离子由加速器的中心附近进入加速器B．离子由加速器的边缘进入加速器C．离子从磁场中获得能量D．离子从电场中获得能量解析：选AD　由R＝知，随着被加速离子的速度增大，离子在磁场中做圆周运动的轨迹半径逐渐增大，所以离子必须由加速器中心附近进入加速器，A项正确，B项错误；离子在电场中被加速，使动能增加，在磁场中洛伦兹力不做功，离子做匀速圆周运动，动能不改变，即离子从电场中获得能量，C项错误，D项正确。2.质谱仪

7、是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图。离子源S产生的各种不同正离子束(速度可视为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断(　　)A．若离子束是同位素，则x越小，离子质量越大B．若离子束是同位素，则x越小，离子质量越小C．只要x相同，则离子质量一定相同D．x越大，则离子的比荷一定越大解析：选B　由qU＝mv2，qvB＝，解得r＝，又x＝2r＝，分析各选项可知只有B正确。命题点二　叠加场应用实例装置原理图规律速度选择器若qv0B＝Eq，即

8、v0＝，粒子做匀速直线运动磁流体发电机等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电，两极电压为U时稳定，有q＝qv0B，U＝Bdv0电磁流量计q＝qvB，所以v＝，所以Q＝vS＝霍尔元件当