2023年届高考物理磁场专题复习教案

2023高考复习电学局部精讲精练磁场5磁场在科技生活中的运用【课标要求】把握带电粒子在复合场中的应用实例。知道盘旋的工作原理。生疏电磁现象的争论在社会进展中的作用〔质谱仪和盘旋的技术细节不作〕【学问精要】质谱仪主要特征：将质量数不等电荷数相等的带电粒子经同一电场加速后进入同一偏转2mEK2mEK推导过程如下：R=

1 ，由上式，BUq对2mUqqB qB qB B2mUqm同一元素均为常量，故R 。m质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具。盘旋盘旋是利用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点方向，然后进入电场中加速，使带电粒子在盘旋过程中渐渐加速。m m 盘旋加速的最大速度v 由D型盒的边缘的半径R打算即R m故。qBv qBRm m加速条件：交变电压的周期和粒子做圆周运动的周期相等。盘旋的优点：使带电粒子在较小的空间得到电场的屡次加速，而使粒子获中的盘旋周期将发生变化，这就破坏了盘旋的工作条件。速度选择器：构造如以下图

＋＋＋＋＋＋vBvB板射入时，带电粒子同时受到电场力F=qE和洛仑兹力f=qvB作用，当两者等大反向时，粒子不偏转，而是沿直线匀速直线运动，qE=qvBv=E/Bv=E/B的速度沿垂直于磁场和电场的方向射入正交的电磁场中，粒子就不发生偏转。速度选择器只选择速度的大小而不选择粒子的种类。即只要满足v=E/B，粒子就能沿直线匀速通过选择器，而与粒子的电性、电量、质量无关。对于某一确定的速度选择器，有确定的入口和出口。假设带电粒子能以确定的速度沿某一方向作匀速直线运动，则沿相反方向则不能。磁流体发电机如以下图是磁流体发电机，其原理是：等离子气体喷入磁场，正负离子在洛仑兹力作用下发生上下偏转而聚拢到A、B板上，产生电势差，设AB平行金属板的面积为S，相距为L，等粒子体的电阻率为ρv，板间磁场的磁感应强度为BR，当等离子气体匀速通过AB板间时，AB板上聚拢的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势U，此时离子受力平衡：qU/L=qvB，电动势U=BLvr=ρL/SR中电流为I ER+r

BLvRLS

BLvS。RSL电磁流量计：abdabv可以导电的液体向左流淌，导电流体中的正负离子在洛仑兹力作d用下横向偏转，ab间消灭电势差，当自由电荷所受电场力和洛仑ab间的电势差就保持稳定，由qvBqEq

Uv

U，流量QSv

d24

UdU。Bd 4B

d BdBdBdAhA’如以下图，厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直 I于它的磁感应强度为BA和下侧面A”之间会产生电势差，这种现象叫做霍尔效应。试验说明，当磁场不够强时，电势差U、电流I、和磁感应强度的关系为U kBI，式中的比例系数k称为霍尔系数霍尔效应可以解释为自由电子d力平衡时，导体板上下两侧面之间就会形成稳定的电势差。【名师点拨】1：一个用于加速质子的盘旋，其DRD形盒底面的匀强B，接在Df。以下说法正确的选项是A．质子被加速后的最大速度不行能超过2πfRB．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值D．不需要转变任何量，这个装置也能用于加速α粒子解析：D型盒的半径来打算，而与加速电压无关；要加速某一粒子，必需满足粒子的盘旋周期和加速电压的交变周期一样；工作原理，故粒子不能被无限加速，综上所述，此题的答案是A和B。点拨：解决此题需透彻了解盘旋的工作原理和条件，切忌生搬硬套。2：质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零(加速电场极板间的距离为dU)Bs底片PP上的位置与入口处S之间的距离为x。s1 1 x Pq求该离子的荷质比 ．mqUq假设离子源产生的是带电量为qm1

m的同2s位素离子(m>m)，它们分别到达照相底片上的P、P位置1 2 1 2(图中末画出)，求P1、P2间的距离△x。假设第(2)小题中两同位素离子同时进入加速电场，求它们到达照相底片上的时间差△t(磁场边界与靠近磁场边界的极板间的距离无视不计)．1〕离子在电场中加速，由动能定理得qU

1mv2 ①2离子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿其次定律得：qBvmv2 ②r而rx ③2q由式可得： 8U ④qm B2x2〔2〕m1

在磁场中的运动半径是r，则：12qum1r2qum11 qB2qum2对离子m，同理得r 2qum22 2 qBP、P1 2

间的距离x2(r1

r) ( ) ⑦2 2qUmm2 qB 2 2qUmm离子md

1 qU t2 11 qU

2 md 11对离子md

t2⑨2 2 md 22m、m到达照相底片上的时间差lt(t1

21

t”) 2 qU

m) (mm1 2 qB1m

m)⑩2点拨：质谱仪的主要原理是带电粒子在磁场中的偏转，在现代技术中有着重要的应用，处理问题时要留意对带电粒子运动过程以及工作原理的分析。同时在物理学习中，“同中求异，异中求同”是解决问题的重要思维方法。例管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如以下图。磁场方向垂直于圆面。磁场区的中心为O，半径为r。当不加磁OMP，需要加磁场，使电子束偏转一角度B应为多少？解析abCRv表示电子进入磁场时的速度，m、e分别表示电子的质量和电量，则1eU

mv2 ①2evB

mv2②R又有tan2

rR ③由以上各式解得1 2mU1 2mUr e

tan ④2点评：带电粒子在匀强磁场中的运动，其圆心、半径确实定是解题的关键。圆心确实〔一般是射入和射出磁场的两点场中运动时间确实定，通常是利用圆心角与弦切角的关系或四边形内角和为360°计算出圆心角的大小，再由t

T〔或t

T〕求出运动时间。2 360例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(在单位时间内通过管内横截面的流体的体积),为了简化,假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道,其中空局部的长、宽、高分别为图中的a、b、c。流量计的两端与输送流体的管道相连接〔图中虚线。图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料。现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值。流体的电阻率为。不计电流计的内阻，则可求得流量为 〔〕A.I(bR

c ) B.

C. I(cRa)B a B c B bD.I(Rbc)B a生偏移(即霍尔效应)qvB＝qE得上、下两侧面间的电势差为：U＝Ec＝vBc它相当于电源电动势，所以测量电路可等效成上图。LE＝U＝vBc，电源内阻就是处于流量计内的导电液体电阻，即r＝ρs

c＝ρabE所以流过电流表电流为：I＝rRQBc

vBc= cR=ab

QQ＝vS＝vbcv＝bc所以I＝bc

QBa

I，Q＝

〔cRb〕 cRab

cRab B a故此题正确答案选A点拨：搞清金属内部产生霍耳效应是由于自由电子在洛仑兹力作用下的偏转而形成的，稳定的霍尔电压。例5：我国第21次南极科考队在南极观看到了秀丽的极光。极光是由来自太阳的高能量带电粒子流高速冲进高空淡薄大气层时，被地球磁场俘获，从而转变原有运动方向，向两极做螺旋运动，如以下图。这些高能粒子在运动过程中与大气分子或原子猛烈碰撞或摩擦从而激发大气分子或原子，使其发出有确定特征的各种颜色的光。地磁场的存在，使多数宇宙粒子不能到达地面而向人烟稀有的两极偏移，为地球生命的诞生和维持供给了自然的屏障。科学家觉察并证明，向两极做螺旋运动的这些高能粒子的旋转半径是不断减小的，这 主 要 与 下 列 哪 些 因 素 有 关 :〔 〕A.洛伦兹力对粒子做负功，使其动能减小B.空气阻力做负功，使其动能减小C.靠近南北两极磁感应强度增加D.太阳对粒子的引力做负功解析：带电粒子斜射入地磁场中，在一段极短的时间内，功，所以速度不断减小，由于靠近低级，所以磁感应强度不断增加，依据r粒子的轨道半径不断减小，故此题的正确答案是B和C。

mv可知，qB点拨：快速构建物理模型，将实际生活和所学学问相联系是我们应当具备的力气。例题3：(2023菏泽模拟)为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如以下图的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于上下底面方向加磁感B污水布满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压．假设用Q表示污水流量〔单位时间内排出的污水体积，以下说法中正确的选项是BDA．假设污水中正离子较多，则前外表比后外表电势高B．前外表的电势确定低于后外表的电势，与哪种离子多无关C．污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D．污水流量Q与U成正比，与a、b无关解析：势低于后外表的电势；稳定时，由qvB=qU/c，即U=Bvc所以电压表的示数和离子的浓度凹凸无关；由于流量Q=vbc=Ub/B，所以流量QU成正比，与a、b无关。点拨：搞清物理现象产生的机理是解决某些物理问题的前提和关键，6：串列是用来产生高能离子的装置。图中虚线框内为其主体的原理示意图，其中加速管bU，a、c两端均有电极接地〔电势为零。现将速度很低的负一价碳离子从a端输入，当离子到达ｂ处时，可被设在ｂn价正离子，而不转变其速度大小这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中，在磁场中做半径为 R的圆周运动。碳离子的质量为m=2.0×10-26kg，U=7.5×105V，B=0.50T，n=2，基元电荷e=1.6×10-19C，求R。解析：bvcv，由能量关系得：1 21 1 1mv2=eU，2 1

mv2=2 2

mv2+neU进入磁场后，碳离子做圆周运动，R=mv2 1

/Bne，得21 1 Bn e联系，巧借力学规律，建立方程组，求出未知量。【准时反响】1．2023120230分，中国远洋科学考察船“大洋一号“300天、10万公里的总行程后顺当地在青岛近海锚地抛锚“大洋一号”4作者可以依据水流切割地磁场所产生的感应电动势来测定海水的速度。假设海洋某处的磁场竖直重量为B=0.5×10-4T，水流是南北流向，将两电极竖直插入此处海水中，且保持两电极的连线垂直水流方向。假设两电极相距L=20m，与两电极相连的灵敏电压表读数U=0.2mV，则海水的流速大小为A．10m/s B．0.2m/s C．5m/s2．如以下图,a、b、c、dm=m＜m=m，以a b c dv＜v=v＜va b c dD1D2P1B1P2为B2的磁场由此可以推断射向D1的是 离子.(不计重力D1D2P1B1P2

D．2m/s-B2+如以下图，电容器两极板相距为d，两板间电压为U，极板间的匀强磁场的磁感应强度为B1，一束电荷量一样的带正电的粒子从图示方向射入电容器，沿直线穿过电容器后B2a、b两点，两点间距离为△R.设粒子qa、b两点的粒子的质量之差△m是多少？盘旋D型盒中心为质子流，D型盒的沟通电压为U，静止质子经过加速后，进入D型