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备考2024届高考物理一轮复习讲义第十一章磁场专题十八洛伦兹力在科技中的应用题型1质谱仪

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专题十八　洛伦兹力在科技中的应用核心考点五年考情命题分析预测质谱仪2020：山东T17；2019：浙江4月T23本专题内容预计是2025年高考考查的主要方向，但实际应用并不仅限于本专题所举实例.试题难度中等偏上，主要是对实际问题的模型建构，以此培养学生的物理观念、科学思维及科学态度与责任.回旋加速器2023：广东T5；2021：江苏T15电场与磁场叠加的应用实例分析2023：江苏T16，浙江1月T8；2021：河北T5；2020：全国ⅡT17；2019：天津T4题型1　质谱仪1.作用用于测定比荷qm，分析元素和鉴定同位素.2.结构主要由粒子源A、加速电场U和偏转磁场B组成.3.工作原理粒子源A提供的质量为m、带电荷量为q的粒子（重力不计）从静止被加速电场加速，由动能定理得qU＝12mv2；粒子进入匀强磁场，受洛伦兹力做匀速圆周运动，有qvB＝mv2r，联立解得qm＝2UB2r2.设粒子打在底片上的位置与入口的距离为L，代入L＝2r，得qm＝8UB2L2.当q相同时，m∝r2∝L2，从而使不同质量的同位素得以分离. 研透高考明确方向1.如图，从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动，自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直.已知甲种离子射入磁场的速度大小为v1，并在磁场边界的N点射出；乙种离子在MN的中点射出；MN长为l.不计重力影响和离子间的相互作用.求：（1）磁场的磁感应强度大小；（2）甲、乙两种离子的比荷之比.答案　（1）4Ulv1　（2）1∶4解析　（1）设甲种离子所带电荷量为q1、质量为m1，在磁场中做匀速圆周运动的半径为R1，磁场的磁感应强度大小为B，由动能定理有q1U＝12m1v12　①由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有q1v1B＝m1v12R1　②由几何关系知2R1＝l　③由①②③式得B＝4Ulv1　④（2）设乙种离子所带电荷量为q2、质量为m2，射入磁场的速度为v2，在磁场中做匀速圆周运动的半径为R2，同理则有q2U＝12m2v22　⑤由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有q2v2B＝m2v22R2　⑥由题给条件有2R2＝l2　⑦由①②③⑤⑥⑦式得，甲、乙两种离子的比荷之比为q1m1∶q2m2＝1∶4.

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所属： 高考 - 一轮复习
发布时间：2024-02-07 21:50:02 页数：2
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文章作者：随遇而安

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