2020高考物理二轮学案 洛伦兹力在现代科技中的应用问题 Word版含解析

洛伦兹力在现代科技中的应用问题　 高考真题体验·对方向/ 　 / (2016全国Ⅰ·15)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.11 B.12 C.121 D.144 答案D 解析离子经电场加速Uq= 1 2 mv2,离子在电场中偏转时,qvB= ?? ?? 2 ?? ,可知m= ?? 2 ?? 2 ?? 2?? ;由于离子和质子的加速电压、电荷量和在磁场中做匀速圆周运动的半径都相同,所以m∝B2,离子所需偏转磁场的磁感应强度是质子所需偏转磁场的磁感应强度的12倍,则离子质量是质子质量的144倍,选项D正确. / 分析实际问题的思路与方法 (1)知道质谱仪、回旋加速器等仪器或器件的结构及工作原理. (2)知道考查的内容,能从实际物理模型中抽象出物理问题. (3)巧用qE=qvB分析带电粒子在复合场中的应用实例. 典题演练提能·刷高分/ 1.(多选)(2019山东泰安模拟)如图所示为一利用海流发电的装置原理图.用绝缘材料制成一个横截面为矩形的管道,在管道的上、下两个内表面装有两块电阻不计的金属板M、N,板长为a、宽为b,板间的距离为d,将管道沿海流方向固定在海水中,在管道中施加与前后表面垂直的匀强磁场,磁感应强度大小为B,将航标灯与两金属板连接(图中未画出).海流方向如图,海流速率为v,下列说法正确的是(　　) / A.M板的电势高于N板的电势 B.该海流发电机的电动势为Bdv C.该海流发电机的电动势为Bav D.管道内海水受到的安培力方向向左 答案ABD 解析由左手定则可知,海流中的正离子受到的洛伦兹力方向向上,所以正离子向上偏转,即M板带正电;负离子受到的洛伦兹力方向向下,所以负离子向下偏转,N板带负电,可知M板的电势高于N板的电势,选项A正确;M、N两板间形成电场,当离子所受的洛伦兹力和电场力平衡时,两板间的电压稳定,即q ?? ?? =Bqv,得U=Bdv,两板间电压即该海流发电机的电动势,选项B正确、C错误;根据左手定则知,管道内由离子运动形成的电流方向向上,故管道内海水所受安培力方向向左,选项D正确. 2.(多选)如图所示为一种质谱仪的工作原理示意图,此质谱仪由以下几部分构成:离子源、加速电场、静电分析器、磁分析器、收集器,静电分析器通道中心线半径为R,通道内有均匀辐射电场,在中心线处的电场强度大小为E;磁分析器中分布着方向垂直于纸面,磁感应强度为B的匀强磁场,其左边界与静电分析器的右边界平行.由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子(初速度为零,重力不计),经加速电场加速后进入静电分析器,沿中心线MN做匀速圆周运动,后由P点进入磁分析器中,最终经过Q点进入收集器.下列说法正确的是(　　) / A.磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向内 B.加速电场中的加速电压U= 1 2 ER C.磁分析器中圆心O2到Q点的距离d= 1 ?? ?????? ?? D.任何离子若能到达P点,则一定能进入收集器 答案BC 解析离子在磁分析器中沿顺时针转动,所受洛伦磁力指向圆心,根据左手定则,磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向外,故A错误;离子在静电分析器中做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律有qE=m ?? 2 ?? ,设离子进入静电分析器时的速度为v,离子在加速电场中加速的过程中,由动能定理有qU= 1 2 mv2-0,解得U= ???? 2 ,B正确;离子在磁分析器中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律有qvB=m ?? 2 ?? ,解得r= 1 ?? 2???? ?? = 1 ?? ?????? ?? ,则d=r= 1 ?? ?????? ?? ,故C正确;由B项可知R= 2?? ?? ,R与离子质量、电量无关;离子在磁场中的轨道半径r= 1 ?? ?????? ?? ,离子在磁场中做圆周运动的轨道半径与电荷的质量和电量有关,能 ... ...