新课标2018年高考物理总复习配套讲义：第56课时磁场应用实例

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1、第56课时磁场应用实例（题型研究课）［命题者说］高考对电磁场在现代科技中的应用问题考查频率越来越大，本课时即从组合场和叠加场两个角度，来深入分析电磁场的一些应用实例。接交流电源u—、组合场应用实例（回旋加速器和质谱仪）［回旋加速器］（1）构造：如图所示，D】、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。22尺22由qvB=—n可见粒子获得的最大动能由磁感应强度〃和D形盒半径r决定，与加速电压无关。粒子出口处［例1］（多选）（2017-扬州期末

2、）回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度为〃的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，它们接在电压为U、频率为/的交流电源上，若力处粒子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是（）A.若只增大交流电压U则质子获得的最大动能增大B.若只增大交流电压则质子在回旋加速器中运行时间会变短C.若磁感应强度B增大，交流电频率/必须适当增大才能正常工作D.不改变磁感应强度〃和交流电频率/,该回旋加速器也能用于加速a粒子［详细分析］当粒子从D形盒中出来时速度最大，根据得如=警，那a?护么质子获得的最大动能厂，则最大动能与交流电压

3、U无关，故A错误。根据卩=离,若只增大交变电压U,不会改变质子在回旋加速器中运行的周期，但加速次数减少,a则运行时间也会变短，故B正确。根据T=晋,若磁感应强度B增大，那么卩会减小，只有当交流电频率/必须适当增大才能正常工作，故c正确。带电粒子在磁场中运动的周期与加速电场的周期相等，根据卩=litm知，换用a粒子，粒子的比荷变化，周期变化，回旋加速器需改变交流电的频率才能加速a粒子，故D错误，故选B、Co［答案］BC［质谱仪］76W737270(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

4、被加速，根据动能定理：qU=^v粒子在磁场中做匀速圆周运动：储场［例2］(2016-全国乙卷)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比约为()A.11B.12C.121D.144［详细分析］带电粒子在加速电场中运动时，有qU=^ntv2f在磁场中偏转时，其半径『=箒，由以上两式整理得：『

5、=討晋。由于质子与一价正离子的电荷量相同，By:B2=1:12,当半径相等时，解得：—=144,选项D正确。［答案］D［通法归纳］(1)回旋加速器解题时要注意两点：一是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。二是粒子获得的最大动能由磁感应强度〃和D形盒最大半径R决定，而与加速电压无关。(2)质谱仪是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。解题时要关注粒子开始什么量相同，什么量不同，最后造成偏转量不同的原因是什么，从而达到区分不同粒子的目的。［集训冲关］1・(多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分

6、是分别与高频交流电源相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底面的匀强磁场中，如图所示,要增大带电粒子射出时的动能，下列说法中正确的是（）A.增加交流电的电压B.增大磁感应强度C.改变磁场方向D.增大加速器半径v2详细分析：选BD当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由qvB=m—f得警。若D形盒的半径为则R=r时，带电粒子的最终动能£如=如＞屏=疋薯。所以要提高加速粒子射出的动能，应尽可能增大磁感应强度〃和加速器的半径2.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素

7、的重要工具，它的构造原理如图，离子源5产生的各种不同正离子束（速度可看作为零），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$的距离为x,可以判断（）Sicz）〒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详细分析：选B由qU=^mv2®解得‘=寺/晋^又x=2「，分析各选项可知只有B正确。二、叠加场应用实例（速度选择器等）装置原理图规律速度选择器厂XXXX」BXXXX厂-1A-p若qgB

8、_Eq,即巩一皮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，—qmB,U—BiIvqXXXX二