（全國(guó)版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第10章 磁場(chǎng) 第39課時(shí) 帶電粒子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析學(xué)案

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1、 第39課時(shí)　帶電粒子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析 1．質(zhì)譜儀 (1)構(gòu)造：如圖所示，由粒子源、加速電場(chǎng)、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和照相底片等構(gòu)成。 (2)原理：粒子由靜止在加速電場(chǎng)中被加速，根據(jù)動(dòng)能定理可得關(guān)系式qU＝mv2。粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力偏轉(zhuǎn)，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律得關(guān)系式qvB＝m。 由以上兩式可得出需要研究的物理量，如粒子軌道半徑、粒子質(zhì)量、比荷。r＝ ，m＝，＝。 2．速度選擇器(如圖所示) (1)平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相垂直。這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器。 (2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件

2、是qE＝qvB，即v＝。 3．回旋加速器 (1)組成：如圖所示，兩個(gè)D形盒(靜電屏蔽作用)，大型電磁鐵，高頻振蕩交變電壓，兩縫間可形成電場(chǎng)。 (2)作用：電場(chǎng)用來對(duì)粒子(質(zhì)子、α粒子等)加速，磁場(chǎng)用來使粒子回旋從而能反復(fù)加速。 (3)加速原理 ①回旋加速器中所加交變電壓的頻率f，與帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的頻率相等，f＝＝。 ②回旋加速器最后使粒子得到的能量，即粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r等于回旋加速器的半徑R，則r＝＝R，可得粒子獲得的最大速度vm＝，所以可由公式Ek＝mv2＝來計(jì)算，在粒子電荷量q、質(zhì)量m和磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定的情況下，回旋加速器的半徑R越大，粒子的能量就越

3、大。 粒子最終得到的能量與加速電壓的大小無關(guān)。電壓大，粒子在盒中回旋的次數(shù)少；電壓小，粒子回旋次數(shù)多，但最后獲得的能量一定。 4．磁流體發(fā)電機(jī) (1)磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能。如圖所示。 (2)根據(jù)左手定則，如圖中的B是發(fā)電機(jī)正極。 (3)磁流體發(fā)電機(jī)兩極板A、B間的距離為L(zhǎng)，A、B板的面積為S，等離子體速度為v，等離子體的電阻率為ρ，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，當(dāng)正負(fù)離子所受的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，即qE＝q＝qvB得兩極板間能達(dá)到的最大電勢(shì)差U＝BLv。 (4)電源內(nèi)阻：r＝ρ。 (5)回路電流I＝。 5．電磁流量計(jì) 工作原理：如圖所示，圓

4、形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，導(dǎo)電液體在管中以速度v向左流動(dòng)，導(dǎo)電液體中的自由電荷(正、負(fù)離子)，在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢(shì)差，形成電場(chǎng)，當(dāng)自由電荷所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí)，a、b間的電勢(shì)差U就保持穩(wěn)定，即：qvB＝qE＝q，所以U＝Bdv，因此液體流量Q＝Sv＝·＝。 6．霍爾效應(yīng) (1)定義：如圖所示，高為h，寬為d的金屬導(dǎo)體(自由電荷是電子)置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，當(dāng)電流通過金屬導(dǎo)體時(shí)，在金屬導(dǎo)體的上表面A和下表面A′之間產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，此電壓稱為霍爾電壓。 (2)電勢(shì)高低的判斷：如圖所示，金屬導(dǎo)體中的電流I向右時(shí)，根據(jù)左手定則可得，下表面

5、A′的電勢(shì)高。 (3)霍爾電壓的計(jì)算：導(dǎo)體中的自由電荷(電子)在洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn)，A、A′間出現(xiàn)電勢(shì)差，當(dāng)自由電荷所受靜電力和洛倫茲力平衡時(shí)，A、A′間的電勢(shì)差(U)就保持穩(wěn)定，由qvB＝q，I＝nqSv，S＝hd；聯(lián)立得U＝＝k，k＝稱為霍爾系數(shù)。 [例]　(2016·四川雅安月考)速度相同的一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，則下列相關(guān)說法中正確的是(　　) A．該束粒子帶負(fù)電 B．速度選擇器的P1極板帶負(fù)電 C．能通過狹縫S0的帶電粒子的速率等于 D．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫S0，則粒子的比荷越小 解析　根據(jù)帶電粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2時(shí)向下偏轉(zhuǎn)，由左

6、手定則判斷出該束粒子帶正電，A錯(cuò)誤；粒子在速度選擇器中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，受到電場(chǎng)力和洛倫茲力作用，由左手定則知洛倫茲力方向豎直向上，則電場(chǎng)力方向豎直向下，因粒子帶正電，故電場(chǎng)強(qiáng)度方向向下，速度選擇器的P1極板帶正電，B錯(cuò)誤；粒子能通過狹縫，電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡，有qvB1＝qE，得v＝，C正確；粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2中受到洛倫茲力做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律有qvB2＝m，得r＝，可見v一定時(shí)，B2不變，粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫S0，說明半徑r越小，則越大，D錯(cuò)誤。 答案　C 利用類比法理解帶電粒子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例 (1)質(zhì)譜儀、速度選擇器和回旋加速器

7、三個(gè)實(shí)例利用的規(guī)律有粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)、粒子在電磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)。用到的知識(shí)有：qvB＝m及結(jié)論r＝、T＝，qE＝qvB等等。 (2)磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)、霍爾效應(yīng)三個(gè)實(shí)例實(shí)質(zhì)是相同的，利用的是帶電流體(氣體或液體)或帶電粒子(金屬導(dǎo)體中的自由電子等)進(jìn)入磁場(chǎng)，其中的正負(fù)粒子在洛倫茲力的作用下就會(huì)發(fā)生分離。用到的知識(shí)有：qE＝q＝qvB等。 (多選)如圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖。兩塊相同的金屬板A、B正對(duì)，它們之間有一個(gè)很強(qiáng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正、負(fù)帶電粒子)以速率v噴入磁場(chǎng)，A、B兩板間便產(chǎn)生電壓。已知每個(gè)金屬板的面積為S，它們間

8、的距離為d，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)，下列說法正確的是(　　) A．A板為發(fā)電機(jī)的正極 B．B板為發(fā)電機(jī)的正極 C．發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為Bdv D．發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為BSv 答案　BC 解析　根據(jù)左手定則，帶正電的粒子向下偏轉(zhuǎn)，帶負(fù)電的粒子向上偏轉(zhuǎn)，所以B板帶正電，為直流電源正極，A錯(cuò)誤、B正確；最終帶電粒子在電場(chǎng)力和洛倫茲力作用下處于平衡，有qvB＝q，解得E＝Bdv，C正確、D錯(cuò)誤。 1. (2017·北京海淀區(qū)模擬)(多選)如圖所示是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別

9、為B和E。平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2。平板S下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，下列表述正確的是(　　) A．質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 B．速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外 C．能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于 D．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小 答案　ABC 解析　質(zhì)譜儀是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具，故A正確；速度選擇器中電場(chǎng)力和洛倫茲力是一對(duì)平衡力，即qvB＝qE，故v＝，根據(jù)左手定則可以確定，速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，故B、C正確；粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑r＝，即粒子的比荷＝，由此看出粒子的運(yùn)

10、動(dòng)半徑越小，粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越大，故D錯(cuò)誤。 2．(2017·江蘇常州月考)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個(gè)D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場(chǎng)，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示。設(shè)D形盒半徑為R。若用回旋加速器加速質(zhì)子時(shí)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，高頻交流電頻率為f，則下列說法正確的是(　　) A．質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2πfR B．質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場(chǎng)的電壓大小有關(guān) C．高頻電源只能使用矩形交變電流，不能使用正弦式交變電流

11、D．不改變B和f，該回旋加速器也能用于加速α粒子 答案　A 解析　由T＝，T＝，可得質(zhì)子被加速后的最大速度為2πfR，其不可能超過2πfR，質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場(chǎng)的電壓大小無關(guān)，A正確、B錯(cuò)誤；高頻電源可以使用正弦式交變電流，C錯(cuò)誤；要加速α粒子，高頻交流電周期必須變?yōu)棣亮Ｗ釉谄渲凶鰣A周運(yùn)動(dòng)的周期，即T＝，故D錯(cuò)誤。 3.如圖是醫(yī)用回旋加速器示意圖，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并分別與高頻電源相連?，F(xiàn)分別加速氘核 H和氦核 He。下列說法中正確的是(　　) A．氘核 H的最大速度較大 B．它們?cè)贒形盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的周期相同 C．它們的最大動(dòng)能相同

12、D．僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動(dòng)能 答案　B 解析　帶電粒子在盒內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，洛倫茲力提供向心力，即qvB＝m，解得v＝，因氘核 H和氦核 He的比荷相同，故它們的最大速度大小相等，A錯(cuò)誤；粒子的旋轉(zhuǎn)周期T＝，可見兩粒子的運(yùn)動(dòng)周期T相同，B正確；粒子的最大動(dòng)能Ek＝mv2＝，因此兩粒子的最大動(dòng)能不相同，C錯(cuò)誤；由表達(dá)式Ek＝看出，粒子的最大動(dòng)能Ek與高頻電源的頻率無關(guān)，D錯(cuò)誤。 4．醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí)，利用電磁血流計(jì)來監(jiān)測(cè)通過動(dòng)脈的血流速度。電磁血流計(jì)由一對(duì)電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場(chǎng)是均勻的。使用時(shí)，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點(diǎn)的連線、磁場(chǎng)方向和

13、血流速度方向兩兩垂直，如圖所示。由于血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，電極a、b之間會(huì)有微小電勢(shì)差。在達(dá)到平衡時(shí)，血管內(nèi)部的電場(chǎng)可看作是勻強(qiáng)電場(chǎng)，血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零。在某次監(jiān)測(cè)中，兩觸點(diǎn)的距離為3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為160 μV，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.040 T。則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為(　　) A．1.3 m/s，a正、b負(fù) B．2.7 m/s, a正、b負(fù) C．1.3 m/s, a負(fù)、b正 D．2.7 m/s, a負(fù)、b正 答案　A 解析　血液中正負(fù)離子流動(dòng)時(shí)，根據(jù)左手定則，正離子受到向上的洛倫茲

14、力，負(fù)離子受到向下的洛倫茲力，所以正離子向上偏，負(fù)離子向下偏。則a帶正電，b帶負(fù)電。最終血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零，有q＝qvB，所以v＝＝ m/s≈1.3 m/s。故A項(xiàng)正確，B、C、D三項(xiàng)錯(cuò)誤。 5．霍爾元件是一種應(yīng)用霍爾效應(yīng)的磁傳感器，廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，如在翻蓋手機(jī)中，常用霍爾元件來控制翻蓋時(shí)開啟或關(guān)閉運(yùn)行程序。如圖是一霍爾元件的示意圖，磁場(chǎng)方向垂直霍爾元件工作面，霍爾元件寬為d(M、N間距離)，厚為h(圖中上下面距離)，當(dāng)通以圖示方向電流時(shí)，MN兩端將出現(xiàn)電壓UMN，則(　　) A．MN兩端電壓UMN僅與磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān) B．若霍爾元件的載流子是自由電子，則M

15、N兩端電壓UMN<0 C．若增大霍爾元件寬度d，則MN兩端電壓UMN一定增大 D．通過控制磁感應(yīng)強(qiáng)度B可以改變MN兩端電壓UMN 答案　D 解析　電子流過霍爾元件，磁場(chǎng)方向豎直向下，根據(jù)左手定則可知，洛倫茲力受力指向N板，如果載流子是自由電子，則電子向N板聚集，M板帶正電荷，兩板間的電勢(shì)差UMN>0，故B錯(cuò)誤；當(dāng)UMN穩(wěn)定時(shí)載流子q受力平衡，電場(chǎng)力等于洛倫茲力，q＝qvB，電流的微觀表達(dá)式I＝nqSv＝nqdhv，聯(lián)立解得UMN＝，可知n、q一定，MN兩端電壓UMN只與B、I、h有關(guān)，故A、C錯(cuò)誤，D正確。 6．(2016·陜西西安八校聯(lián)考)如圖甲是回旋加速器的原理示意圖，其核心部分

16、是兩個(gè)D形金屬盒，在加速帶電粒子時(shí)，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒定)，并分別與高頻電源相連，加速時(shí)某帶電粒子的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示，若忽略帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間，則下列判斷正確的是(　　) A．高頻電源的變化周期應(yīng)該等于tn－tn－1 B．在Ek-t圖象中，t4－t3＝t3－t2＝t2－t1 C．粒子加速次數(shù)越多，粒子獲得的最大動(dòng)能一定越大 D．不同粒子獲得的最大動(dòng)能都相同 答案　B 解析　回旋加速器所加高頻電源的頻率與帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的頻率相同，在一個(gè)周期內(nèi)，帶電粒子兩次通過勻強(qiáng)電場(chǎng)而加速，故高頻電源的變化周期為tn－tn－2，A項(xiàng)錯(cuò)誤；帶

17、電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期與粒子速度無關(guān)，故B項(xiàng)正確；粒子加速到做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑等于加速器半徑時(shí)，速度達(dá)到最大，即qvmaxB＝m?Ekmax＝，與加速次數(shù)無關(guān)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；不同粒子的比荷不一定相同，最大動(dòng)能也不一定相同，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 7. (多選)為了測(cè)量某化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為a＝1 m、b＝0.2 m、c＝0.2 m，左、右兩端開口，在垂直于前、后面的方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝1.25 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在上、下兩個(gè)面的內(nèi)側(cè)固定有金屬板M、N作為電極，污水充滿裝置以某一速度從左向右勻速流經(jīng)該裝置時(shí)，測(cè)得兩個(gè)電極

18、間的電壓U＝1 V。且污水流過該裝置時(shí)受到阻力作用，阻力f＝kLv，其中比例系數(shù)k＝15 N·s/m2，L為污水沿流速方向的長(zhǎng)度，v為污水的流速。下列說法中正確的是(　　) A．金屬板M電勢(shì)不一定高于金屬板N的電勢(shì)，因?yàn)槲鬯胸?fù)離子較多 B．污水中離子濃度的高低對(duì)電壓表的示數(shù)也有一定影響 C．污水的流量(單位時(shí)間內(nèi)流出的污水體積)Q＝0.16 m3/s D．為使污水勻速通過該裝置，左、右兩側(cè)管口應(yīng)施加的壓強(qiáng)差為Δp＝1500 Pa 答案　CD 解析　根據(jù)左手定則，知負(fù)離子所受的洛倫茲力方向向下，則向下偏轉(zhuǎn)，N板帶負(fù)電，M板帶正電，則N板的電勢(shì)比M板電勢(shì)低，故A錯(cuò)誤；最終離子在電

19、場(chǎng)力和洛倫茲力作用下平衡，有：qvB＝q，解得：U＝vBc，與離子濃度無關(guān)，故B錯(cuò)誤；污水的流速：v＝，則流量Q＝Sv＝bcv＝＝ m3/s＝0.16 m3/s，故C正確；污水的流速：v＝＝ m/s＝4 m/s；污水流過該裝置時(shí)受到阻力：f＝kLv＝kav＝15×1×4 N＝60 N；為使污水勻速通過該裝置，左、右兩側(cè)管口應(yīng)施加的壓力差是60 N，則壓強(qiáng)差為Δp＝＝ Pa＝1500 Pa，故D正確。 8．(多選)如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，由加速電場(chǎng)、靜電分析器和磁分析器組成。若靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場(chǎng)在中心線處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)

20、，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向外。一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿中心線通過靜電分析器，由P點(diǎn)垂直邊界進(jìn)入磁分析器，最終打到膠片上的Q點(diǎn)。不計(jì)粒子重力，下列說法中正確的是(　　) A．極板M比極板N電勢(shì)高 B．加速電場(chǎng)的電壓U＝ C．直徑PQ＝2B D．若一群離子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點(diǎn)，則該群離子具有相同的比荷 答案　AD 解析　帶電粒子要打在膠片Q上，由左手定則可知帶電粒子帶正電，在加速電場(chǎng)中能夠加速，則極板M比極板N電勢(shì)高，A正確；在靜電分析器中，帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)Eq＝m，qU＝mv2，則U＝ER，v＝，B錯(cuò)誤；在磁分析器中

21、，帶電粒子垂直磁場(chǎng)進(jìn)入，PQ＝2r＝＝＝ C錯(cuò)誤；若一群離子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點(diǎn)，即半徑相同r＝，qU＝mv2，得r＝ ，即只與帶電粒子比荷有關(guān)，D正確。 9．(2016·全國(guó)卷Ⅰ)現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場(chǎng)。若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場(chǎng)，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為(　　) A．11 B．12 C．121 D．144 答案　D

22、解析　設(shè)質(zhì)子和離子的質(zhì)量分別為m1和m2，原磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，改變后的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2。在加速電場(chǎng)中qU＝mv2　①，在磁場(chǎng)中qvB＝m?、?，聯(lián)立兩式得m＝，故有＝＝144，D正確。 10. (2017·陜西渭南一模)質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖所示。粒子源S產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子，粒子的初速度很小，可以看成是靜止的，粒子經(jīng)過電壓U加速進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，沿著半圓運(yùn)動(dòng)軌跡打到底片P上，測(cè)得它在P上的位置到入口處S1的距離為x，則下列說法正確的是(　　) A．對(duì)于給定的帶電粒子，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時(shí)，加速電壓U越大

23、，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng) B．對(duì)于給定的帶電粒子，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時(shí)，加速電壓U越大，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越短 C．當(dāng)加速電壓U和磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定時(shí)，x越大，帶電粒子的比荷越大 D．當(dāng)加速電壓U和磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定時(shí)，x越大，帶電粒子的比荷越小 答案　D 解析　在加速電場(chǎng)中由Uq＝mv2得v＝，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中由qvB＝得R＝，且R＝，聯(lián)立解得＝，所以當(dāng)加速電壓U和磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定時(shí)，x越大，帶電粒子的比荷越小，C錯(cuò)誤、D正確；粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t＝＝，與加速電壓U無關(guān)，A、B錯(cuò)誤。 11. (2017·江西五校聯(lián)考)(多選)如圖所示，含有H(氕核)、H(氘核)、He(氦核)

24、的帶電粒子束從小孔O1處射入速度選擇器，沿直線O1O2運(yùn)動(dòng)的粒子在小孔O2處射出后垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，最終打在 P1、P2兩點(diǎn)，則(　　) A．打在P1點(diǎn)的粒子是He B．打在P2點(diǎn)的粒子是H和He C．O2P2的長(zhǎng)度是O2P1長(zhǎng)度的2倍 D．粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間都相等 答案　BC 解析　帶電粒子在沿直線通過速度選擇器時(shí)，粒子所受的電場(chǎng)力與它受到的洛倫茲力大小相等、方向相反，即qvB1＝Eq，所以v＝，可知從速度選擇器中射出的粒子具有相同的速度。帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力有qvB2＝，所以r＝，可知粒子的比荷越大，則做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑越小，所以打

25、在P1點(diǎn)的粒子是H，打在P2點(diǎn)的粒子是H和He，故A錯(cuò)誤、B正確；由題中的數(shù)據(jù)可得H的比荷是H和He的比荷的2倍，所以H的軌跡半徑是H和He的軌跡半徑的，即O2P2的長(zhǎng)度是O2P1長(zhǎng)度的2倍，故C正確；粒子運(yùn)動(dòng)的周期T＝＝，三種粒子的比荷不相同則周期不相等，而偏轉(zhuǎn)角相同，則粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不相等，故D錯(cuò)誤。 12．(江蘇高考)(多選)如圖所示，導(dǎo)電物質(zhì)為電子的霍爾元件位于兩串聯(lián)線圈之間，線圈中電流為I，線圈間產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B與I成正比，方向垂直于霍爾元件的兩側(cè)面，此時(shí)通過霍爾元件的電流為IH，與其前后表面相連的電壓表測(cè)出的霍爾電壓UH滿足：UH＝k，式中k為霍爾系數(shù)，

26、d為霍爾元件兩側(cè)面間的距離。電阻R遠(yuǎn)大于RL，霍爾元件的電阻可以忽略，則(　　) A．霍爾元件前表面的電勢(shì)低于后表面 B．若電源的正負(fù)極對(duì)調(diào)，電壓表將反偏 C．IH與I成正比 D．電壓表的示數(shù)與RL消耗的電功率成正比 答案　CD 解析　由安培定則可知通電線圈間產(chǎn)生的磁場(chǎng)向左，由左手定則可判定，電子所受洛倫茲力指向后表面，所以霍爾元件的前表面積累正電荷，電勢(shì)較高，故A錯(cuò)誤；由電路關(guān)系可見，當(dāng)電源的正、負(fù)極對(duì)調(diào)時(shí)，通過霍爾元件的電流IH和所在空間的磁場(chǎng)方向同時(shí)反向，前表面的電勢(shì)仍然較高，故B錯(cuò)誤；由電路可見，＝，則IH＝I，故C正確；RL的熱功率PL＝IRL＝2RL＝，因?yàn)锽與I成

27、正比，故有：UH＝k＝k′＝k′＝k′，可得知UH與PL成正比，故D正確。 13．(2016·福建漳州二模)(多選)如圖是磁流體發(fā)電機(jī)的裝置，a、b組成一對(duì)平行電極，兩板間距為d，板平面的面積為S，內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。現(xiàn)持續(xù)將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負(fù)電的微粒，而整體呈中性)，垂直磁場(chǎng)噴入，每個(gè)離子的速度為v，負(fù)載電阻阻值為R，當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)，負(fù)載中電流為I，則(　　) A．a(chǎn)板電勢(shì)比b板電勢(shì)低 B．磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E＝Bdv C．負(fù)載電阻兩端的電壓大小為Bdv D．兩板間等離子體的電阻率ρ＝ 答案　BD 解析　參看磁流體發(fā)電機(jī)的裝置圖，利用左手定則可知，正、負(fù)微粒通過發(fā)電機(jī)內(nèi)部時(shí)，帶正電微粒向上偏，帶負(fù)電微粒向下偏，則知a板電勢(shì)比b板電勢(shì)高，故A錯(cuò)誤；當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)，對(duì)微粒有F洛＝F電，即Bqv＝q，得電動(dòng)勢(shì)E＝Bdv，故B正確；由閉合電路歐姆定律有UR＋Ur＝E，又E＝Bdv，則負(fù)載電阻兩端的電壓UR