高考物理命题潜规则解密专项42与现代科技相关的带电粒子在电Word格式.docx

高考物理命题潜规则解密专项42与现代科技相关的带电粒子在电Word格式.docx

《高考物理命题潜规则解密专项42与现代科技相关的带电粒子在电Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理命题潜规则解密专项42与现代科技相关的带电粒子在电Word格式.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

例1〔2017重庆理综卷第25题〕某仪器用电场和磁场来控制电子在材料表面上方的运动，如图4所示，材料表面上方矩形区域PP'

N'

N充满竖直向下的匀强电场，宽为D；

矩形区域NN'

M'

M充满垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，长为3S，宽为S；

NN'

为磁场与电场之间的薄隔离层。

一个电荷量为E、质量为M、初速为零的电子，从P点开始被电场加速经隔离层垂直进入磁场，电子每次穿越隔离层，运动方向不变，其动能损失是每次穿越前动能的10％，最后电子仅能从磁场边界M'

飞出。

不计电子所受重力。

（1）求电子第二次与第一次圆周运动半径之比；

（2）求电场强度的取值范围；

（3）A是

的中点，假设要使电子在A、

间垂直于A

飞出，求电子在磁场区域中运动的时间。

考查方式二质谱分析

【命题分析】质谱分析技术已广泛应用于各前沿科学领域，高考以质谱分析类切入命题频率高，难度大，分值高，一般作为高考压轴题。

例2〔2017天津理综物理第12题〕质谱分析技术已广泛应用于各前沿科学领域。

汤姆孙发现电子的质谱装置示意如图，M、N为两块水平放置的平行金属极板，板长为L，板右端到屏的距离为D，且D远大于L，O'

O为垂直于屏的中心轴线，不计离子重力和离子在板间偏离O'

O的距离。

以屏中心O为原点建立XOY直角坐标系，其中X轴沿水平方向，Y轴沿竖直方向。

〔1〕设一个质量为M0、电荷量为Q0的正离子以速度V0沿O'

O的方向从O'

点射入，板间不加电场和磁场时，离子打在屏上O点。

假设在两极板间加一沿

方向场强为E的匀强电场，求离子射到屏上时偏离O点的距离Y0；

〔2〕假设你利用该装置探究未知离子，试依照以下实验结果计算未知离子的质量数。

上述装置中，保留原电场，再在板间加沿

方向的匀强磁场。

现有电荷量相同的两种正离子组成的离子流，仍从O'

点沿O'

O方向射入，屏上出现两条亮线。

在两线上取Y坐标相同的两个光点，对应的X坐标分别为3.24MM和3.00MM，其中X坐标大的光点是碳12离子击中屏产生的，另一光点是未知离子产生的。

尽管入射离子速度不完全相等，但入射速度都很大，且在板间运动时O'

O方向的分速度总是远大于X方向和Y方向的分速度。

【2018模拟题精选训练题】

1、〔2018·

5月江苏四市三模〕霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，得到广泛应用。

如图为某霍尔元件的工作原理示意图，该元件中电流I由正电荷定向运动形成。

以下说法中正确的选项是

A、M点电势比N点电势高

B、用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度

C、用霍尔元件能够把磁学量转换为电学量

D、假设保持电流I恒定，那么霍尔电压UH与B成正比例

2.〔2018洛阳一练〕1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。

.假设速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图8所示，那么以下相关说法中正确的选项是

3。

如题14图所示为某种质谱仪的结构示意图。

其中加速电场的电压为U，静电分析器中与圆心O1等距各点的电场强度大小相同，方向沿径向指向圆心O1。

磁分析器中以O2为圆心、圆心角为90°

的扇形区域内，分布着方向垂直于纸面的匀强磁场，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，从M点沿垂直于该点的场强方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿半径为R的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动，并从N点射出静电分析器。

而后离子由P点沿着既垂直于磁分析器的左边界，又垂直于磁场方向射入磁分析器中，最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从Q点射出，并进入收集器。

测量出Q点与圆心O2的距离为D。

（1〕求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小；

（2〕求磁分析器中磁场的磁感应强度B的大小和方向；

（3〕通过分析和必要的数学推导，请你说明如果离子的质量为2M，电荷量仍为Q，其他条件不变，这个离子射出电场和射出磁场的位置是否变化。

4.1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点，解决了粒子的加速问题。

现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中。

某型号的回旋加速器的工作原理如图甲所示，图为俯视图乙。

回旋加速器的核心部分为D形盒，D形盒装在真空容器中，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，磁场可以认为是匀强在场，且与D形盒盒面垂直。

两盒间狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。

D形盒半径为R，磁场的磁感应强度为B。

设质子从粒子源A处时入加速电场的初速度不计。

质子质量为M、电荷量为＋Q。

加速器接一定涉率高频交流电源，其电压为U。

加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。

（1）求质子第1次经过狭缝被加速后进入D形盒运动轨道的半径R1；

（2）求质子从静止开始加速到出口处所需的时间T；

（3）如果使用这台回旋加速器加速α粒子，需要进行怎样的改动？

请写出必要的分析及推理。

5、〔20分〕〔2018年4月北京昌平二模〕1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。

回旋加速器的工作原理如图14〔甲〕所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。

磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。

A处粒子源产生的粒子，质量为M、电荷量为＋Q，初速度为0，在加速器中被加速，加速电压为U。

〔1〕求粒子第1次和第2次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比；

〔2〕求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间T和粒子获得的最大动能EKM；

〔3〕近年来，大中型粒子加速器往往采用多种加速器的串接组合。

例如由直线加速器做为预加速器，获得中间能量，再注入回旋加速器获得最终能量。

N个长度逐个增大的金属圆筒和一个靶，它们沿轴线排列成一串，如图14〔乙〕所示〔图中只画出了六个圆筒，作为示意）。

各筒相间地连接到频率为F、最大电压值为U的正弦交流电源的两端。

整个装置放在高真空容器中。

圆筒的两底面中心开有小孔。

现有一电量为Q、质量为M的正离子沿轴线射入圆筒，并将在圆筒间的缝隙处受到电场力的作用而加速〔设圆筒内部没有电场〕。

缝隙的宽度很小，离子穿过缝隙的时间可以不计。

离子进入第一个圆筒左端的速度为V1，且此时第【一】二两个圆筒间的电势差U1－U2＝－U。

为使打到靶上的离子获得最大能量，各个圆筒的长度应满足什么条件？

并求出在这种情况下打到靶上的离子的能量。

6.〔2017江苏物理〕1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。

回旋加速器的工作原理如下图，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。

A处粒子源产生的粒子，质量为M、电荷量为＋Q，在加速器中被加速，加速电压为U。

求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比；

求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间T；

实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制。

假设某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为BM、FM，试讨论粒子能获得的最大动能E㎞。

QQ显微镜：

助学助考助你成功