2020高考物理 考前冲刺Ⅱ专题12 电磁流量计和回旋加速器的解题方法和技巧（通用） 11页

‎2020考前冲刺物理 ‎ 题型一 电磁流量计 1． 图7.07是电磁流量计的示意图，在非磁性材料做成的圆管道外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上的ab两点间的电动势，就可以知道管中液体的流量Q——单位时间内流过液体的体积（）。已知管的直径为D，磁感应强度为B，试推出Q与的关系表达式。‎ ‎ ‎ 解析：a，b两点的电势差是由于带电粒子受到洛伦兹力在管壁的上下两侧堆积电荷产生的。到一定程度后上下两侧堆积的电荷不再增多，a，b两点的电势差达到稳定值，此 2． 磁流体发电是一种新型发电方式，图7.08是其工作原理示意图。图甲中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为，前后两个侧面是绝缘体，下下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻 相连。整个发电导管处于图乙中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为B，方向如图所示。发电导管内有电阻率为的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出。由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差维持恒定，求：‎ ‎（1）不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大；‎ ‎（2）磁流体发电机的电动势E的大小；‎ 回路中的电流 电流I受到的安培力 设为存在磁场时的摩擦阻力，依题意，存在磁场时，由力的平衡得 题型二 回旋加速器 1． 正电子发射计算机断层（PET）是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术，它为临床诊断和治疗提供全新的手段。‎ ‎（1）PET在心脏疾病诊疗中，需要使用放射正电子的同位素氮13示踪剂，氮13是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氧16获得的，反应中同时还产生另一个粒子，试写出该核反应方程。‎ ‎（2）PET所用回旋加速器示意如图7.11，其中置于高真空中的金属D形盒的半径为R，两盒间距为d，在左侧D形盒圆心处放有粒子源S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向如图所示。质子质量为m，电荷量为q。设质子从粒子源S进入加速电场时的初速度不计，质子在加速器中运动的总时间为t（其中已略去了质子在加速电场中的运动时间），质子在电场中的加速次数于回旋半周的次数相同，加速质子时的电压大小可视为不变。求此加速器所需的高频电源频率f和加速电压U。‎ ‎（3）试推证当时，质子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计（质子在电场中运动时，不考虑磁场的影响）。‎ 设质子在电场中加速的次数为n，则：‎ ‎ ⑥‎ 又 ⑦‎ 1． 在如图7.12所示的空间区域里，y轴左方有一匀强电场，场强方向跟y轴正方向成 60°，大小为；y轴右方有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度。有一质子以速度，由x轴上的A点（‎10cm，0）沿与x轴正方向成30°斜向上射入磁场，在磁场中运动一段时间后射入电场，后又回到磁场，经磁场作用后又射入电场。已知质子质量近似为，电荷 得质子做匀速圆周运动的半径为：‎ ‎（2）由于质子的初速度方向与x轴正方向夹角为30°，且半径恰好等于OA，因此，质质子进入电场时的速度方向与电场的方向相同，在电场中先做匀减速直线运动，速度减为零后反向做匀加速直线运动，设质子在电场中运动的时间，根据牛顿第二定律：，得 因此，质子从开始运动到第二次到达y轴的时间t为。‎ ‎（3）质子再次进入磁场时，速度的方向与电场的方向相同，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，到达y轴的D点。‎ 根据几何关系，可以得出C点到D点的距离为；‎ 则质子第三次到达y轴的位置为 即质子第三次到达y轴的坐标为（0，‎34.6cm）。‎ 1． 如图7.13所示，在半径为R的绝缘圆筒内有匀强磁场，方向垂直纸面向里，圆筒正下方有小孔C与平行金属板M、N相通。两板间距离为d，两板与电动势为U的电源连接，一带电量为、质量为m的带电粒子（重力忽略不计），开始时静止于C点正下方紧靠N板的A点，经电场加速后从C点进入磁场，并以最短的时间从C点射出。已知带电粒子由C孔进入磁场，在磁场中做匀速圆周运动的速率为 由即，‎ 得 ‎（2）粒子从A→C的加速度为 由，粒子从A→C的时间为：‎ 粒子在磁场中运动的时间为 将（1）求得的B值代入，得，‎ 求得：。‎ 1． 如图7.14甲所示，一对平行放置的金属板M、N的中心各有一小孔P、Q、PQ连线垂直金属板；N板右侧的圆A内分布有方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，圆半径为r，且圆心O在PQ的延长线上。现使置于P处的粒子源连续不断地沿PQ方向放出质量为m、电量为+q的带电粒子（带电粒子的重力和初速度忽略不计，粒子间的相互作用力忽略不计），从某一时刻开始，在板M、N间加上如图5乙所示的交变电压，周期为T，电压大小为U。如果只有在每一个周期的0—T/4时间内放出的带电粒子 大速度为v，则据动能定理得，求得。‎ ‎（2）因为解得带电粒子在磁场中的最小偏转角为。所以图6中斜线部分有带电粒子射出。‎