高三物理 专题五 应用复习讲义

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1、专题五应用【达标指要】1．理解速度选择器、等离子发电机、回旋加速器等工作原理2．应用电学、力学基本原理解决实际问题【名题精析】dU图11-5-1例1：回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每穿过狭缝都得到加速，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，离子源置于盒的圆心附近，若离子源射出的离子电荷量为q，质量为m粒子最大回转半径Rm，其运动轨迹如图11-5-1所示．问：（1）盒内有无电场？（2）离子在盒内做何种运动？（3）所加交流电频率应是多大，离

2、子角速度为多大？（4）离子离开加速器时速度多大，最大动能为多少？（5）设两D形盒的电势差为U，盒间距离为d，其电场均匀，求加速到上述能量所需时间．分析与解：（1）扁盒由金属导体制成，具有屏蔽外电场作用，盒内无电场．（2）带电粒子在盒内做匀速圆周运动，每次加速之后半径变大．（3）离子在电场中运动时间极短，因此高频交流电压频率要符合离子回旋频率．，回旋频率，角速度（4）设离子最大回旋半径为Rm，所以Rm＝，．最大动能（5）离子每旋转一周增加能量2qU．提高到Ekm的旋转次数为在磁场中运动的时间若忽略离子在电场中运动时间，t磁可视为总时间，若考虑离子在电场中运动时间，在D

3、形盒两窄缝间的运动可视为初速为零的匀加速直线运动，粒子在加速过程中的总时间，通常t电<

4、是完全密封的，只有金属钠本身在其中流动，其余的部件都是固定不动的．（1）在图中标出液态钠受磁场驱动力的方向．（2）假定在液态钠不流动的条件下，求导管横截面上由磁场驱动力所形成的附加压强p与上述各量的关系式．（3）设液态钠中每个自由电荷所带电量为q，单位体积内参与导电的自由电荷数n，求在横穿液态钠的电流I的方向上参与导电的自由电荷定向移动的平均速率．分析与解：液态钠受安培力F＝BIl产生压强；由电流的定义式求解电荷定向移动的平均速率．（1）磁场驱动力F方向沿导管水平向里且与B、I均垂直．（2）由安培力公式计算得液态钠所受磁场力为F＝BIa在垂直于导管横截面上所产生得附

5、加压强得：由电流强度定义式得在时间t内通过得总电量Q＝nqblt得：参与导电得自由电荷定向移动得平均速率＝【思路点拨】例1中，扁形盒由金属导体制成，扁形盒可屏蔽外电场，盒内只有磁场而无电场，带电粒子在扁形盒内做匀速圆周运动，在窄缝间做匀加速运动，由于离子在电场内运动时间极短，要使粒子每次在窄缝间都得到加速，交流电压频率必须等于离子在扁形盒内运动的回旋频率．由R＝，可求出最大回旋半径所对应的最大动能，粒子每旋转一周两次通过窄缝，旋转一周增加能量2qU．根据求得的最大能量便可求得粒子在磁场中旋转次数n，离子在磁场中运动时间即为nT，在旋转n次过程中，离子在D形盒的两窄缝

6、间通过路程为2nd，每次通过时离子加速度未变，离子通过2nd的整个过程可视为初速为零的匀加速直线运动，由匀变速直线运动公式又可求出离子在两窄缝间运动时间．例2立足于现代科技的应用，考查安培力和电路分析的能力．【益智演练】1．如图11-5-3示，连接平行金属板P1和P2（板面垂直于纸面）的导线的一部分CD和另一连接电池的回路的一部分GH平，CD和GH均在纸平面内，金属板置于磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当一束等离子体射入两金属板之间时，CD段导线将受到力的作用．（）A．等离子体从右方射入时，CD受力的方向背离GHB．等离子体从右方射入时，CD受力的方向指向GH上下右

7、左O图11-5-4C．等离子体从左方射入时，CD受力的方向背离GHD．等离子体从左方射入时，CD受力的方向指向GHP1P2CG+-右左DH图11-5-32．磁环上的线圈通以图示11-5-4方向的电流时，线圈中心处O的磁感应强度的方向是（）A．向上B．向下C．向右D．向左图11-5-53．长方体金属块放在匀强磁场中，有电流通过金属块，如图11-5-5所示，则下面说法中正确的是（）A．金属块上、下表面电势相等B．金属块上表面电势高于下表面电势C．金属块上表面电势低于下表面电势D．无法比较上、下表面的电势高低4．电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量