2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí)第九章磁場(chǎng)專題強(qiáng)化二帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析學(xué)案.docx

專題強(qiáng)化二帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析一、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1復(fù)合場(chǎng)的分類(1)疊加場(chǎng)：電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)共存，或其中某兩場(chǎng)共存(2)組合場(chǎng)：電場(chǎng)與磁場(chǎng)各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，或相鄰或在同一區(qū)域電場(chǎng)、磁場(chǎng)交替出現(xiàn)2帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分類(1)靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受合外力為零時(shí)，將處于靜止?fàn)顟B(tài)或做勻速直線運(yùn)動(dòng)(2)勻速圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場(chǎng)力大小相等、方向相反時(shí)，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(3)較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化，且與初速度方向不在同一條直線上時(shí)，粒子做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧，也不是拋物線(4)分階段運(yùn)動(dòng)帶電粒子可能依次通過幾個(gè)情況不同的復(fù)合場(chǎng)區(qū)域，其運(yùn)動(dòng)情況隨區(qū)域發(fā)生變化二、電場(chǎng)與磁場(chǎng)的組合應(yīng)用實(shí)例裝置原理圖規(guī)律質(zhì)譜儀帶電粒子由靜止被加速電場(chǎng)加速qUmv2，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)qvBm，則比荷回旋加速器交變電流的周期和帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相同，帶電粒子在圓周運(yùn)動(dòng)過程中每次經(jīng)過D形盒(半徑為R)縫隙都會(huì)被加速由qvmBm得vm，Ekm三、電場(chǎng)與磁場(chǎng)的疊加應(yīng)用實(shí)例裝置原理圖規(guī)律速度選擇器若qv0BEq，即v0，帶電粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)電磁流量計(jì)qqvB，所以v，所以流量QvS()2霍爾元件當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢(shì)差命題點(diǎn)一質(zhì)譜儀的原理和分析1作用測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分離同位素的儀器2原理(如圖1所示)圖1(1)加速電場(chǎng)：qUmv2；(2)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：qvB，l2r；由以上兩式可得r，m，.例1(2016浙江10月選考23)如圖2所示，在x軸的上方存在垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，位于x軸下方的離子源C發(fā)射質(zhì)量為m、電荷量為q的一束負(fù)離子，其初速度大小范圍為0v0.這束離子經(jīng)電勢(shì)差為U的電場(chǎng)加速后，從小孔O(坐標(biāo)原點(diǎn))垂直x軸并垂直磁場(chǎng)射入磁場(chǎng)區(qū)域，最后打到x軸上在x軸上2a3a區(qū)間水平固定放置一探測(cè)板(a)假設(shè)每秒射入磁場(chǎng)的離子總數(shù)為N0，打到x軸上的離子數(shù)均勻分布(離子重力不計(jì))圖2(1)求離子束從小孔O射入磁場(chǎng)后打到x軸的區(qū)間；(2)調(diào)整磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，可使速度最大的離子恰好打在探測(cè)板的右端，求此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1；(3)保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B1不變，求每秒打在探測(cè)板上的離子數(shù)N；若打在板上的離子80%被板吸收，20%被反向彈回，彈回速度大小為打板前速度大小的0.6倍，求探測(cè)板受到的作用力大小答案見解析解析(1)對(duì)于初速度為0的粒子：qUmv12由B0qv1m得r1a恰好打在x2a的位置對(duì)于初速度為v0的粒子qUmv22m(v0)2由B0qv2m得r22a，恰好打在x4a的位置離子束打在x軸上的區(qū)間為2a,4a(2)由動(dòng)能定理qUmv22m(v0)2由B1qv2m得r3r3a解得B1B0(3)離子束能打到探測(cè)板的實(shí)際位置范圍為2ax3a即ara，對(duì)應(yīng)的速度范圍為v0v2v0每秒打在探測(cè)板上的離子數(shù)為NN0N0根據(jù)動(dòng)量定理被吸收的離子受到板的作用力大小F吸(2mv0mv0)被反彈的離子受到板的作用力大小F反2m(v00.6v0)m(v00.6v0)N0mv0根據(jù)牛頓第三定律，探測(cè)板受到的作用力大小FF吸F反N0mv0.變式1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3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)量比為()圖3A11B12C121D144答案D解析由qUmv2得帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度為v，根據(jù)牛頓第二定律有qvBm，得R，聯(lián)立得到R，由題意可知，該離子與質(zhì)子在磁場(chǎng)中具有相同的軌道半徑和電荷量，故144，故選D.命題點(diǎn)二回旋加速器的原理和分析1構(gòu)造：如圖4所示，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，D形盒的縫隙處接交流電源圖42原理：交流電周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等，使粒子每經(jīng)過一次D形盒縫隙，粒子被加速一次3粒子獲得的最大動(dòng)能：由qvmB、Ekmmvm2得Ekm，粒子獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和盒半徑R決定，與加速電壓無關(guān)例2(2018浙江11月選考23)小明受回旋加速器的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了如圖5甲所示的“回旋變速裝置”兩相距為d的平行金屬柵極板M、N，板M位于x軸上，板N在它的正下方兩板間加上如圖乙所示的幅值為U0的交變電壓，周期T0.板M上方和板N下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向相反的勻強(qiáng)磁場(chǎng)粒子探測(cè)器位于y軸處，僅能探測(cè)到垂直射入的帶電粒子有一沿x軸可移動(dòng)、粒子出射初動(dòng)能可調(diào)節(jié)的粒子發(fā)射源，沿y軸正方向射出質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的粒子t0時(shí)刻，發(fā)射源在(x,0)位置發(fā)射一帶電粒子忽略粒子的重力和其它阻力，粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不計(jì)圖5(1)若粒子只經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)并在yy0處被探測(cè)到，求發(fā)射源的位置和粒子的初動(dòng)能；(2)若粒子兩次進(jìn)出電場(chǎng)區(qū)域后被探測(cè)到，求粒子發(fā)射源的位置x與被探測(cè)到的位置y之間的關(guān)系答案(1)xy0(2)見解析解析(1)根據(jù)題意，粒子沿著y軸正方向射入，只經(jīng)過磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，探測(cè)器僅能探測(cè)到垂直射入的粒子，粒子軌跡為圓周，因此射入的位置為xy0根據(jù)Ry0，qvBm，可得Ekmv2(2)根據(jù)題意，粒子兩次進(jìn)出電場(chǎng)，然后垂直射到y(tǒng)軸，由于粒子射入電場(chǎng)后，會(huì)做減速直線運(yùn)動(dòng)，且無法確定能否減速到0，因此需要按情況分類討論第一次射入電場(chǎng)即減速到零，即當(dāng)Ek0<qU0時(shí)，軌跡如圖所示根據(jù)圖中幾何關(guān)系則x5y；第一次射入電場(chǎng)減速(速度不為0)射出電場(chǎng)，第二次射入電場(chǎng)后減速到0，則當(dāng)qU0<Ek0<2qU0時(shí)，軌跡如圖所示r0，r1qU0mv12mv02x2r03r1，yr1聯(lián)立解得x23y兩次射入電場(chǎng)后均減速射出電場(chǎng)，即當(dāng)Ek0>2qU0時(shí)，軌跡如圖所示r0，r1，r2qU0mv12mv02qU0mv22mv12且xr22r12r0，yr2聯(lián)立解得x2y變式2回旋加速器的工作原理如圖6甲所示，置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間狹縫的間距為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，被加速粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，加在狹縫間的交變電壓如圖乙所示，電壓的大小為U0，周期T.一束該種粒子在t0時(shí)間內(nèi)從A處均勻地飄入狹縫，其初速度視為零現(xiàn)考慮粒子在狹縫中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，假設(shè)能夠射出的粒子每次經(jīng)過狹縫均做加速運(yùn)動(dòng)，不考慮粒子間的相互作用求：圖6(1)出射粒子的動(dòng)能Ekm；(2)粒子從飄入狹縫至動(dòng)能達(dá)到Ekm所需的總時(shí)間t0；(3)要使飄入狹縫的粒子中有超過99%能射出，d應(yīng)滿足的條件答案(1)(2)(3)d<解析(1)粒子運(yùn)動(dòng)半徑為R時(shí)，qvBmEkmmv2(2)粒子被加速n次達(dá)到動(dòng)能Ekm，則EkmnqU0粒子在狹縫間做勻加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)n次經(jīng)過狹縫的總時(shí)間為t，加速度a粒子由靜止做勻加速直線運(yùn)動(dòng)nda(t)2由t0(n1)t，解得t0(3)只有在0(t)時(shí)間內(nèi)飄入的粒子才能每次均被加速，則所占的比例為100%由于>99%，解得d<.命題點(diǎn)三電場(chǎng)與磁場(chǎng)疊加的應(yīng)用實(shí)例分析共同特點(diǎn)：當(dāng)帶電粒子(不計(jì)重力)在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，qvBqE.1速度選擇器圖7(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(如圖7)(2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qvBqE，即v.(3)速度選擇器只能選擇粒子的速度，不能選擇粒子的電性、電荷量、質(zhì)量(4)速度選擇器具有單向性例3(2018杭州市期末)在如圖8所示的平行板器件中，勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B互相垂直一束初速度為v的帶電粒子從左側(cè)垂直電場(chǎng)射入后沿圖中直線從右側(cè)射出粒子重力不計(jì)，下列說法正確的是()圖8A若粒子沿軌跡射出，則粒子的初速度一定大于vB若粒子沿軌跡射出，則粒子的動(dòng)能一定增大C若粒子沿軌跡射出，則粒子可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)D若粒子沿軌跡射出，則粒子的電勢(shì)能可能增大答案D解析若粒子沿題圖中直線從右側(cè)射出，則qvBqE，若粒子沿軌跡射出，粒子所受向上的力大于向下的力，但由于粒子電性未知，所以粒子所受的電場(chǎng)力與洛倫茲力方向不能確定，不能確定初速度與v的關(guān)系，故A、B錯(cuò)誤；若粒子沿軌跡射出，粒子受電場(chǎng)力、洛倫茲力，不可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故C錯(cuò)誤；若粒子沿軌跡射出，如果粒子帶負(fù)電，所受電場(chǎng)力向上，洛倫茲力向下，電場(chǎng)力做負(fù)功，粒子的電勢(shì)能增大，故D正確2磁流體發(fā)電機(jī)(1)原理：如圖9所示，等離子體噴入磁場(chǎng)，正、負(fù)離子在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而聚集在B、A板上，產(chǎn)生電勢(shì)差，它可以把離子的動(dòng)能通過磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為電能圖9(2)電源正、負(fù)極判斷：根據(jù)左手定則可判斷出圖中的B是發(fā)電機(jī)的正極(3)設(shè)A、B平行金屬板的面積為S，兩極板間的距離為l，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，等離子氣體的電阻率為，噴入氣體的速度為v，板外電阻為R.電源電動(dòng)勢(shì)U：當(dāng)正、負(fù)離子所受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí)，兩極板間達(dá)到的最大電勢(shì)差為U(即電源電動(dòng)勢(shì))，則qqvB，即UBlv.電源內(nèi)阻：r.回路電流：I.例4(2018浙江11月選考10)磁流體發(fā)電的原理如圖10所示，將一束速度為v的等離子體垂直于磁場(chǎng)方向噴入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在相距為d、寬為a、長(zhǎng)為b的兩平行金屬板間便產(chǎn)生電壓如果把上、下板和電阻R連接，上、下板就是一個(gè)直流電源的兩極，若穩(wěn)定時(shí)等離子體在兩板間均勻分布，電阻率為，忽略邊緣效應(yīng)，下列判斷正確的是()圖10A上板為正極，電流IB上板為負(fù)極，電流IC下極為正極，電流ID下板為負(fù)極，電流I答案C解析根據(jù)左手定則可知，正離子在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力向下，故下板為正極，設(shè)兩板間的電壓為U，則qBqv，得UBdv，電流I，故C正確3電磁流量計(jì)(1)流量(Q)的定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間流過導(dǎo)管某一截面的導(dǎo)電液體的體積(2)公式：QSv；S為導(dǎo)管的橫截面積，v是導(dǎo)電液體的流速(3)導(dǎo)電液體的流速(v)的計(jì)算如圖11所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體向右流動(dòng)導(dǎo)電液體中的自由電荷(正、負(fù)離子)在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使a、b間出現(xiàn)電勢(shì)差，當(dāng)自由電荷所受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí)，a、b間的電勢(shì)差(U)達(dá)到最大，由qqvB，可得v.圖11(4)流量的表達(dá)式：QSv.(5)電勢(shì)高低的判斷：根據(jù)左手定則可得a>b.例5為監(jiān)測(cè)某化工廠的含有離子的污水排放情況，技術(shù)人員在排污管中安裝了監(jiān)測(cè)裝置，該裝置的核心部分是一個(gè)用絕緣材料制成的空腔，其寬和高分別為b和c，左、右兩端開口與排污管相連，如圖12所示在垂直于上、下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在空腔前、后兩個(gè)側(cè)面上各有長(zhǎng)為a的相互平行且正對(duì)的電極M和N，M、N與內(nèi)阻為R的電流表相連污水從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電流表將顯示出污水排放情況下列說法中錯(cuò)誤的是()圖12AN板帶正電，M板帶負(fù)電B污水中離子濃度越高，則電流表的示數(shù)越小C污水流量越大，則電流表的示數(shù)越大D若只增大所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，則電流表的示數(shù)也增大答案B解析污水從左向右流動(dòng)時(shí)，正、負(fù)離子在洛倫茲力作用下分別向N板和M板偏轉(zhuǎn)，故N板帶正電，M板帶負(fù)電，A正確穩(wěn)定時(shí)帶電離子在兩板間受力平衡，qvBq，此時(shí)UBbv，式中Q是流量，可見當(dāng)污水流量越大、磁感應(yīng)強(qiáng)度越強(qiáng)時(shí)，M、N間的電壓越大，電流表的示數(shù)越大，而與污水中離子濃度無關(guān)，B錯(cuò)誤，C、D正確4霍爾效應(yīng)的原理和分析(1)定義：高為h、寬為d的導(dǎo)體(自由電荷是電子或正電荷)置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，在導(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13，導(dǎo)體中的電流I向右時(shí)，根據(jù)左手定則可得，若自由電荷是電子，則下表面A的電勢(shì)高若自由電荷是正電荷，則下表面A的電勢(shì)低圖13(3)霍爾電壓的計(jì)算：導(dǎo)體中的自由電荷(帶電荷量為q)在洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn)，A、A間出現(xiàn)電勢(shì)差，當(dāng)自由電荷所受電場(chǎng)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qvBq，InqvS，Shd；聯(lián)立得Uk，k稱為霍爾系數(shù)例6如圖14所示，厚度為h、寬度為d的金屬導(dǎo)體，當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí)，在導(dǎo)體上、下表面會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)下列說法正確的是()圖14A上表面的電勢(shì)高于下表面的電勢(shì)B僅增大h時(shí)，上、下表面的電勢(shì)差增大C僅增大d時(shí)，上、下表面的電勢(shì)差減小D僅增大電流I時(shí)，上、下表面的電勢(shì)差減小答案C解析因電流方向向右，則金屬導(dǎo)體中的自由電子是向左運(yùn)動(dòng)的，根據(jù)左手定則可知上表面帶負(fù)電，則上表面的電勢(shì)低于下表面的電勢(shì)，A錯(cuò)誤；當(dāng)電場(chǎng)力等于洛倫茲力時(shí)，qqvB，又Inqvhd(n為導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù))，得U，則僅增大h時(shí)，上、下表面的電勢(shì)差不變；僅增大d時(shí)，上、下表面的電勢(shì)差減?。粌H增大I時(shí)，上、下表面的電勢(shì)差增大，故C正確，B、D錯(cuò)誤1.(2018湖州市三縣期中)如圖1所示，在豎直面內(nèi)虛線所圍的區(qū)域里，存在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)已知從左側(cè)沿水平方向射入的電子穿過該區(qū)域時(shí)未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，設(shè)其重力可以忽略不計(jì)，則在該區(qū)域中的E和B的方向不可能是()圖1AE豎直向下，B豎直向上BE豎直向上，B垂直紙面向外CE和B都沿水平方向，并與電子運(yùn)動(dòng)的方向相同DE和B都沿水平方向，并與電子運(yùn)動(dòng)的方向相反答案A2.(多選)如圖2所示，a、b是一對(duì)平行金屬板，分別接到直流電源的兩極上，使a、b兩板間產(chǎn)生勻強(qiáng)電場(chǎng)E，右邊有一塊擋板，正中間開有一小孔d，在較大空間范圍內(nèi)存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里從兩板左側(cè)中點(diǎn)c處射入一束正離子(不計(jì)重力)，這些正離子都沿直線運(yùn)動(dòng)到右側(cè)，從d孔射出后分成三束，則下列判斷正確的是()圖2A這三束正離子的速度一定不相同B這三束正離子的比荷一定不相同Ca、b兩板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)方向一定由a指向bD若這三束離子改為帶負(fù)電而其他條件不變，則仍能從d孔射出答案BCD解析因?yàn)槿x子在兩極板間都是沿直線運(yùn)動(dòng)的，電場(chǎng)力等于洛倫茲力，即qEqvB，可以判斷三束正離子的速度一定相同，且電場(chǎng)方向一定由a指向b，A錯(cuò)誤，C正確；在右側(cè)磁場(chǎng)中三束正離子運(yùn)動(dòng)軌跡半徑不同，可知這三束正離子的比荷一定不相同，B正確；若將這三束離子改為帶負(fù)電，而其他條件不變的情況下分析受力可知，三束離子在兩板間仍做勻速直線運(yùn)動(dòng)，仍能從d孔射出，D正確3(2018新力量聯(lián)盟期末)如圖3是質(zhì)譜儀工作原理的示意圖帶電粒子a、b經(jīng)電壓U加速(在A點(diǎn)初速度為零)后，進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最后分別打在感光板S上的x1、x2處圖中半圓形的虛線分別表示帶電粒子a、b所通過的路徑，則()圖3A若a與b有相同的質(zhì)量，打在感光板上時(shí)，b的速度比a大B若a與b有相同的質(zhì)量，則a的電荷量比b的電荷量小C若a與b有相同的電荷量，則a的質(zhì)量比b的質(zhì)量大D若a與b有相同的電荷量，則a的質(zhì)量比b的質(zhì)量小答案D4.(多選)如圖4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)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度分別為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()圖4A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)方向垂直于紙面向外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)譜儀是分析同位素的重要工具，A正確在速度選擇器中，帶電粒子所受電場(chǎng)力和洛倫茲力應(yīng)等大反向，由粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B0中的運(yùn)動(dòng)軌跡知粒子帶正電，結(jié)合左手定則可知，B正確由qEqvB可得v，C正確粒子在平板S下方的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由qvB0得，D錯(cuò)誤5如圖5甲所示是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，其核心部分是兩個(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，兩盒分別與高頻電源相連帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示忽略帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間，則下列判斷中正確的是()圖5A在Ekt圖象中應(yīng)有t4t3<t3t2<t2t1B加速電壓越大，粒子最后獲得的動(dòng)能就越大C粒子加速次數(shù)越多，粒子最大動(dòng)能一定越大D要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增加D形盒的面積答案D解析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度大小無關(guān)，因此，在Ekt圖中應(yīng)有，t4t3t3t2t2t1，A錯(cuò)誤；加速電壓越小，粒子加速次數(shù)越多，粒子獲得的最大動(dòng)能與加速電壓無關(guān)，由qvB得r，可知Ek，即粒子獲得的最大動(dòng)能決定于D形盒的半徑，故B、C錯(cuò)誤，D正確6如圖6所示為磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖，一束等離子體(含正、負(fù)離子)沿圖示方向垂直射入一對(duì)磁極產(chǎn)生的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，A、B是一對(duì)平行于磁場(chǎng)放置的金屬板，板間連入電阻R，則電路穩(wěn)定后()圖6A離子可能向N磁極偏轉(zhuǎn)BA板聚集正電荷CR中有向上的電流D離子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)洛倫茲力可能做功答案C解析由左手定則知，正離子向B板偏轉(zhuǎn)，負(fù)離子向A板偏轉(zhuǎn)，離子不可能向N磁極偏轉(zhuǎn)，A、B錯(cuò)誤；電路穩(wěn)定后，電阻R中有向上的電流，C正確；因?yàn)槁鍌惼澚Φ姆较蚴冀K與速度方向垂直，所以洛倫茲力不可能做功，D錯(cuò)誤7.(2018溫州市六校期末)霍爾元件在電子線路中的應(yīng)用日益廣泛，如圖7是某個(gè)霍爾元件接到電路中時(shí)的示意圖，其中a面為上表面，b面為下表面，c面為前表面，d面為后表面，所加磁場(chǎng)方向?yàn)榇怪庇赼面向下考慮到霍爾元件有兩類，設(shè)A類的載流子(即用來導(dǎo)電的自由電荷)為正電荷，B類的載流子為負(fù)電荷，當(dāng)通以從左到右的電流時(shí)，下列說法中正確的是()圖7A在剛開始通電的很短時(shí)間內(nèi)，若是A類元件，則載流子向c面偏轉(zhuǎn)B在剛開始通電的很短時(shí)間內(nèi)，若是B類元件，則載流子向c面偏轉(zhuǎn)C通電一段時(shí)間后，若是A類元件，則c面電勢(shì)較高D通電一段時(shí)間后，若是B類元件，則c面電勢(shì)較高答案D8.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)方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖8所示由于血液中的正、負(fù)離子隨血液一起在磁場(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)可看做是勻強(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)間的距離為3.0mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為160V，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.040T則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為()圖8A1.3m/s，a正、b負(fù)B2.7m/s，a正、b負(fù)C1.3m/s，a負(fù)、b正D2.7m/s，a負(fù)、b正答案A9回旋加速器是現(xiàn)代高能物理研究中用來加速帶電粒子的常用裝置圖9甲為回旋加速器原理示意圖，置于高真空中的兩個(gè)半徑為R的D形金屬盒，盒內(nèi)存在與盒面垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)兩盒間的距離很小，帶電粒子穿過的時(shí)間極短可以忽略不計(jì)位于D形盒中心A處的粒子源能產(chǎn)生質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子，粒子的初速度可以忽略粒子通過兩盒間被加速，經(jīng)狹縫進(jìn)入盒內(nèi)磁場(chǎng)兩盒間的加速電壓按圖乙所示的余弦規(guī)律變化，其最大值為U0.加速過程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力作用已知t00時(shí)刻產(chǎn)生的粒子每次通過狹縫都能被最大電壓加速求：圖9(1)兩盒間所加交變電壓的最大周期T0；(2)t00時(shí)刻產(chǎn)生的粒子第1次和第2次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后的軌道半徑之比答案(1)(2)1解析(1)設(shè)粒子在某次被加速后的速度為v，則它在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做半徑為r的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)：qvBm運(yùn)動(dòng)周期為T聯(lián)立解得T要保證t00時(shí)刻產(chǎn)生的粒子每次通過狹縫都能被最大電壓加速，粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期與加速電壓的最大周期相同，所以：T0(2)設(shè)t00時(shí)刻兩盒間的電壓為U0，此時(shí)刻產(chǎn)生的粒子第1次經(jīng)過狹縫后的速度為v1，半徑為r1qU0mv12qv1Bm解得：r1粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)后第2次經(jīng)過狹縫，此時(shí)兩盒間的電壓為U0，粒子再次加速得加速后的半徑為：r2所以r1r2110(2018浙江4月選考22)壓力波測(cè)量?jī)x可將待測(cè)壓力波轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，其原理如圖10甲所示壓力波p(t)進(jìn)入彈性盒后，通過與鉸鏈O相連的“”型輕桿L，驅(qū)動(dòng)桿端頭A處的微型霍爾片在磁場(chǎng)中沿x軸方向做微小振動(dòng)，其位移x與壓力p成正比(xp，>0)霍爾片的放大圖如圖所示，它由長(zhǎng)寬厚abd、單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n的N型半導(dǎo)體制成磁場(chǎng)方向垂直于x軸向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為BB0(1|x|)，>0.無壓力波輸入時(shí)，霍爾片靜止在x0處，此時(shí)給霍爾片通以沿C1C2方向的電流I，則在側(cè)面上D1、D2兩點(diǎn)間產(chǎn)生霍爾電壓U0.圖10(1)指出D1、D2兩點(diǎn)哪點(diǎn)電勢(shì)高；(2)推導(dǎo)出U0與I、B0之間的關(guān)系式(提示：電流I與自由電子定向移動(dòng)速率v之間關(guān)系為Inevbd，其中e為電子電荷量)；(3)彈性盒中輸入壓力波p(t)，霍爾片中通以相同電流，測(cè)得霍爾電壓UH隨時(shí)間t變化圖象如圖乙忽略霍爾片在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和阻尼，求壓力波的振幅和頻率(結(jié)果用U0、U1、t0、及表示)答案(1)D1點(diǎn)電勢(shì)高(2)U0(3)解析(1)N型半導(dǎo)體可以自由移動(dòng)的是電子(題目也給出了自由電子)，根據(jù)左手定則可以知道電子往D2點(diǎn)移動(dòng)，因此D1點(diǎn)電勢(shì)高(2)根據(jù)霍爾元件內(nèi)部電子受的洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡得：evB0eInevbd，得v，解得：U0(3)由任意時(shí)刻霍爾元件內(nèi)部電子受的洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡得：evBeUH(1|x|)(1|p(t)|)根據(jù)圖象可知壓力波p(t)關(guān)于時(shí)間t是一個(gè)正弦函數(shù)，其絕對(duì)值的周期是原函數(shù)周期的一半，根據(jù)圖象可知|p(t)|關(guān)于t的周期是t0，則p(t)關(guān)于t的周期是2t0，頻率自然就是；由式可知當(dāng)壓力波p(t)達(dá)到振幅A時(shí)，UH最小，為U1，代入式可得：U1(1|A|)U0(1A)解得A.