(江蘇專用)2020版高考物理新增分大一輪復(fù)習(xí) 第八章 磁場(chǎng) 專題突破九 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)實(shí)例講義(含解析).docx
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專題突破九 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)實(shí)例 一、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1.疊加場(chǎng)與組合場(chǎng) (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,或在同一區(qū)域,電場(chǎng)、磁場(chǎng)分時(shí)間段或分區(qū)域交替出現(xiàn). 2.運(yùn)動(dòng)分類 (1)靜止或做勻速直線運(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,其運(yùn)動(dòng)過程由幾種不同的運(yùn)動(dòng)階段組成. 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qU=mv2,在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)qvB=m,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,帶電粒子在做圓周運(yùn)動(dòng)過程中每次經(jīng)過D形盒縫隙都會(huì)被加速.由qvB=m得最大動(dòng)能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qv0B=Eq,即v0=,帶電粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng) 電磁流量計(jì) q=qvB,所以v=,所以流量Q=vS=π()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 磁流體發(fā)電機(jī) 等離子體射入,受洛倫茲力偏轉(zhuǎn),使兩極板帶正、負(fù)電荷,兩極板間電壓為U時(shí)穩(wěn)定,=qv0B,U=v0Bd 命題點(diǎn)一 質(zhì)譜儀的工作原理與應(yīng)用 1.作用 測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分離同位素. 2.原理(如圖1所示) 圖1 (1)加速電場(chǎng):qU=mv2; (2)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng):qvB=,l=2r; 聯(lián)立可得r=,m=,=. 例1 (2017江蘇單科15改編)一臺(tái)質(zhì)譜儀的工作原理如圖2所示.大量的帶電荷量為+q、質(zhì)量為2m的離子飄入電壓為U0的加速電場(chǎng),其初速度幾乎為0,經(jīng)加速后,通過寬為L(zhǎng)的狹縫MN沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,最后打到照相底片上.圖中虛線為經(jīng)過狹縫左、右邊界M、N時(shí)離子的運(yùn)動(dòng)軌跡.不考慮離子間的相互作用. 圖2 (1)求離子打在底片上的位置到N點(diǎn)的最小距離x; (2)在圖中用斜線標(biāo)出磁場(chǎng)中離子經(jīng)過的區(qū)域,并求該區(qū)域最窄處的寬度d. 答案 (1)-L (2)見解析圖?。? 解析 (1)設(shè)離子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑為r1, 在電場(chǎng)中加速時(shí),有qU0=2mv2 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中由牛頓第二定律得qvB=2m 解得r1= 根據(jù)幾何關(guān)系得,離子打在底片上的位置到N點(diǎn)的最小距離x=2r1-L, 解得x=-L. (2)如圖,最窄處位于過兩虛線交點(diǎn)的垂線上 最窄處寬度d=r1- 解得d=- 命題點(diǎn)二 回旋加速器工作原理與應(yīng)用 1.構(gòu)造:如圖3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3 2.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.最大動(dòng)能:由qvmB=、Ekm=mv得Ekm=,粒子獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒半徑R決定,與加速電壓無關(guān). 4.運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間:粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期,被電場(chǎng)加速兩次,每次增加動(dòng)能qU,加速次數(shù)n=,粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間t=T==. 例2 (多選)(2018南通市等六市一調(diào))回旋加速器的工作原理如圖4所示,置于真空中的D形金屬盒半徑為R,兩盒間的狹縫很小,帶電粒子在狹縫間加速的時(shí)間忽略不計(jì).勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向與盒面垂直.粒子源A產(chǎn)生的粒子質(zhì)量為m,電荷量為+q,U為加速電壓,則( ) 圖4 A.交變電壓的周期等于粒子在磁場(chǎng)中回旋周期的一半 B.加速電壓U越大,粒子獲得的最大動(dòng)能越大 C.D形盒半徑R越大,粒子獲得的最大動(dòng)能越大 D.磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大,粒子獲得的最大動(dòng)能越大 答案 CD 解析 為了保證粒子每次經(jīng)過電場(chǎng)時(shí)都被加速,必須滿足交變電壓的周期和粒子在磁場(chǎng)中回旋周期相等,故A錯(cuò)誤;根據(jù)洛倫茲力提供向心力qvB=,解得v=,動(dòng)能為:Ek=mv2=,可知,帶電粒子的動(dòng)能與加速度電壓無關(guān),D形盒半徑R越大,磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大,粒子獲得的最大動(dòng)能越大,B錯(cuò)誤,C、D正確. 命題點(diǎn)三 疊加場(chǎng)實(shí)例分析 共同特點(diǎn):若不計(jì)重力,當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),qvB=qE. 1.速度選擇器 圖5 (1)平行板間電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相垂直.(如圖5) (2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qvB=qE,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. 2.磁流體發(fā)電機(jī) (1)原理: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A、B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.(如圖6) 圖6 (2)電源正、負(fù)極判斷:根據(jù)左手定則可判斷出圖中的B板是發(fā)電機(jī)的正極. (3)電源電動(dòng)勢(shì)U: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,等離子體的電阻率為ρ,噴入氣體的速度為v,板外電阻為R.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q=qvB,即U=Blv. (4)電源內(nèi)阻:r=ρ. (5)回路電流:I=. 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:Q=Sv;S為導(dǎo)管的截面積,v是導(dǎo)電液體的流速. (3)導(dǎo)電液體的流速(v)的計(jì)算 圖7 如圖7所示,一圓柱形導(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q=qvB,可得v=. (4)流量的表達(dá)式:Q=Sv==. (5)電勢(shì)高低的判斷:根據(jù)左手定則可得φa>φb. 4.霍爾效應(yīng)的原理和分析 (1)定義:如圖8,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. 圖8 (2)電勢(shì)高低的判斷: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;若自由電荷為正電荷,則上表面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=nqvS,S=hd;聯(lián)立得U==k,k=稱為霍爾系數(shù). 模型1 速度選擇器 例3 (2018泰州中學(xué)月考)在如圖9所示的平行板器件中,電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直.一帶電粒子(重力不計(jì))從左端以速度v沿虛線射入后做直線運(yùn)動(dòng),則該粒子( ) 圖9 A.一定帶正電 B.速度大小v= C.若速度大小v>,粒子一定不能從板間射出 D.若此粒子從右端沿虛線方向進(jìn)入,仍做直線運(yùn)動(dòng) 答案 B 解析 粒子帶正電和負(fù)電均可,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由于粒子做直線運(yùn)動(dòng),故粒子所受洛倫茲力等于電場(chǎng)力,即qvB=qE,解得速度大小v=,選項(xiàng)B正確;若速度大小v>,粒子仍可能從板間射出,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;若此粒子從右端沿虛線方向進(jìn)入,所受電場(chǎng)力和洛倫茲力方向相同,不能做直線運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 模型2 磁流體發(fā)電機(jī) 例4 (2018南通市等七市三模)磁流體發(fā)電機(jī)原理如圖10所示,等離子體高速噴射到加有強(qiáng)磁場(chǎng)的管道內(nèi),正、負(fù)離子在洛倫茲力作用下分別向A、B兩金屬板偏轉(zhuǎn),形成直流電源對(duì)外供電.則( ) 圖10 A.僅減小A、B兩金屬板間的距離,發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)將增大 B.僅增強(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng)度,發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)將減小 C.僅增加負(fù)載的阻值,發(fā)電機(jī)的輸出功率將增大 D.僅增大等離子體的噴射速度,發(fā)電機(jī)的總功率將增大 答案 D 模型3 電磁流量計(jì) 例5 (多選)(2018南京師大附中5月模擬)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11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、b、c,左右兩端開口,在垂直上下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),在前后兩個(gè)面的內(nèi)側(cè)固定有金屬板作為電極,污水從左向右流經(jīng)該裝置時(shí),電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U.若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)流出的污水體積),下列說法正確的是( ) 圖11 A.若污水中正離子較多,則前表面電勢(shì)比后表面電勢(shì)低 B.若污水中負(fù)離子較多,則前表面電勢(shì)比后表面電勢(shì)低 C.污水中離子濃度越高,電壓表的示數(shù)將越大 D.污水流量Q與U成正比,與a、b無關(guān) 答案 ABD 解析 正、負(fù)離子從左向右移動(dòng),根據(jù)左手定則,正離子所受的洛倫茲力方向指向后表面,負(fù)離子所受的洛倫茲力方向指向前表面,所以總有后表面電極的電勢(shì)比前表面電極電勢(shì)高,A、B正確;最終穩(wěn)定時(shí),離子受洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡,即qvB=q,解得U=Bbv,故電壓表的示數(shù)U與v成正比,與濃度無關(guān),C錯(cuò)誤;污水的流量Q=vS=vbc=bc=,與電壓表的示數(shù)U成正比,與a、b無關(guān),D正確. 模型4 霍爾效應(yīng) 例6 (多選)(2018常州市一模)在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體薄片上,制作四個(gè)電極E、F、M、N,做成了一個(gè)霍爾元件.在E、F間通入恒定電流I,同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B,M、N兩電極間的電壓為UH.已知半導(dǎo)體薄片中的載流子為正電荷,電流與磁場(chǎng)的方向如圖12所示,下列說法正確的有( ) 圖12 A.N極電勢(shì)高于M極電勢(shì) B.磁感應(yīng)強(qiáng)度越大,M、N兩電極間電勢(shì)差越大 C.將磁場(chǎng)方向變?yōu)榕c薄片的上、下表面平行,UH不變 D.將磁場(chǎng)和電流分別反向,N極電勢(shì)低于M極電勢(shì) 答案 AB 解析 根據(jù)左手定則,正電荷受力的方向指向N極,向N極偏轉(zhuǎn),則N極電勢(shì)高,故A正確;設(shè)左右兩個(gè)表面相距為d,正電荷所受的電場(chǎng)力等于洛倫茲力,即=qvB① 設(shè)單位體積內(nèi)正電荷的個(gè)數(shù)為n,此薄片的截面積為S,厚度為L(zhǎng),則 I=nqSv,② S=dL,③ 由①②③得:UH= 令k=, 則UH==k 所以若保持電流I恒定,則M、N兩電極間的電勢(shì)差與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比,故B正確;將磁場(chǎng)方向變?yōu)榕c薄片的上、下表面平行,則正電荷不會(huì)受到洛倫茲力,因此不存在電勢(shì)差,故C錯(cuò)誤;若磁場(chǎng)和電流分別反向,根據(jù)左手定則,則N極電勢(shì)仍高于M極電勢(shì),故D錯(cuò)誤. 1.(多選)如圖13是質(zhì)譜儀工作原理的示意圖,帶電粒子a、b從容器中的A點(diǎn)飄出(在A點(diǎn)初速度為零),經(jīng)電壓U加速后,從x軸坐標(biāo)原點(diǎn)處進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),最后都打在感光板S上,坐標(biāo)分別為x1、x2,圖中半圓形虛線分別表示帶電粒子a、b所通過的路徑,則( ) 圖13 A.b進(jìn)入磁場(chǎng)的速度一定大于a進(jìn)入磁場(chǎng)的速度 B.a(chǎn)的比荷一定大于b的比荷 C.若a、b電荷量相等,則它們的質(zhì)量之比ma∶mb=x∶x D.若a、b質(zhì)量相等,則它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比ta∶tb=x1∶x2 答案 BC 2.(多選)(2018揚(yáng)州中學(xué)下學(xué)期開學(xué)考)如圖14所示,兩平行金屬板水平放置,開始開關(guān)S閉合使平行板電容器帶電.板間存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng).一個(gè)不計(jì)重力的帶電粒子恰能以水平向右的速度沿直線通過兩板.在以下方法中,能使帶電粒子仍沿水平直線通過兩板的是( ) 圖14 A.將兩板的距離增大一倍,同時(shí)將磁感應(yīng)強(qiáng)度增大一倍 B.將兩板的距離減小一半,同時(shí)將磁感應(yīng)強(qiáng)度增大一倍 C.將開關(guān)S斷開,兩板間的正對(duì)面積減小一半,同時(shí)將板間磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度減小一半 D.將開關(guān)S斷開,兩板間的正對(duì)面積減小一半,同時(shí)將板間磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大一倍 答案 BD 3.(多選)如圖15是等離子體發(fā)電機(jī)的示意圖,原料在燃燒室中全部電離為電子與正離子,即高溫等離子體,等離子體以速度v進(jìn)入矩形發(fā)電通道,發(fā)電通道里有圖示方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.等離子體進(jìn)入發(fā)電通道后發(fā)生偏轉(zhuǎn),落到相距為d的兩個(gè)金屬極板上,在兩極板間形成電勢(shì)差,等離子體的電阻不可忽略.下列說法正確的是( ) 圖15 A.上極板為發(fā)電機(jī)正極 B.外電路閉合時(shí),電阻R兩端的電壓為Bdv C.帶電粒子克服電場(chǎng)力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 D.外電路斷開時(shí),等離子受到的洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡 答案 ACD 解析 根據(jù)左手定則可知,正離子向上偏,電子向下偏,則上極板是發(fā)電機(jī)的正極,下極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極,故A正確;根據(jù)電子或正離子所受洛倫茲力等于電場(chǎng)力qvB=q得,產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的大小為E=Bdv,因等離子體的電阻不可忽略,因此電阻R兩端的電壓會(huì)小于產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì),故B錯(cuò)誤;依據(jù)功能關(guān)系可知,電子與正離子克服電場(chǎng)力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,故C正確;等離子體中有正離子和電子,在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用,分別向兩極偏轉(zhuǎn),于是在兩極之間產(chǎn)生電勢(shì)差,兩極間存在電場(chǎng)力,當(dāng)外電路斷開時(shí),等離子體受到的洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡,從而不會(huì)偏移,故D正確. 4.(多選)(2017泰州中學(xué)等綜合評(píng)估)為了測(cè)量化工廠的污水排放量,技術(shù)人員在排污管末端安裝了流量計(jì)(流量Q為單位時(shí)間內(nèi)流過某截面流體的體積).如圖16所示,長(zhǎng)方體絕緣管道的長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、c,左、右兩端開口,所在空間有垂直于前后表面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B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,污水從左向右勻速流動(dòng),測(cè)得M、N間電壓為U,污水流過管道時(shí)受到的阻力大小f=kLv2,k是比例系數(shù),L為污水沿流速方向的長(zhǎng)度,v為污水的流速.則( ) 圖16 A.污水的流量Q= B.金屬板M的電勢(shì)不一定高于金屬板N的電勢(shì) C.電壓U與污水中離子濃度無關(guān) D.左、右兩側(cè)管口的壓強(qiáng)差Δp= 答案 CD 解析 根據(jù)離子所受洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡,有:qvB=q,解得v=,則有污水的流量Q=vS=vbc=bc=,故A錯(cuò)誤;根據(jù)左手定則,正離子向金屬板M偏轉(zhuǎn),負(fù)離子向金屬板N偏轉(zhuǎn),知金屬板M的電勢(shì)一定高于金屬板N的電勢(shì),故B錯(cuò)誤;最終離子在電場(chǎng)力和洛倫茲力作用下平衡,有:qvB=q,解得:U=vBc,與污水中離子濃度無關(guān),故C正確;根據(jù)平衡條件有:Δpbc=f=kLv2=kav2,而v=,解得左右兩側(cè)管口壓強(qiáng)差Δp=,故D正確. 5.(多選)(2018揚(yáng)州市一模)如圖17所示,導(dǎo)電物質(zhì)為電子的霍爾元件樣品置于磁場(chǎng)中,表面與磁場(chǎng)方向垂直,圖中的1、2、3、4是霍爾元件上的四個(gè)接線端.當(dāng)開關(guān)S1、S2閉合后,三個(gè)電表都有明顯示數(shù),下列說法正確的是( ) 圖17 A.通過霍爾元件的磁場(chǎng)方向向下 B.接線端2的電勢(shì)低于接線端4的電勢(shì) C.僅將電源E1、E2反向接入電路,電壓表的示數(shù)不變 D.若適當(dāng)減小R1、增大R2,則電壓表示數(shù)一定增大 答案 ABC 解析 根據(jù)安培定則可知,通過霍爾元件的磁場(chǎng)方向向下,故A正確;通過霍爾元件的電流由接線端1流向接線端3,電子移動(dòng)方向與電流的方向相反,由左手定則可知,電子偏向接線端2,所以接線端2的電勢(shì)低于接線端4的電勢(shì),故B正確;當(dāng)僅將電源E1、E2反向接入電路后,由左手定則可知洛倫茲力方向不變,即2、4兩接線端的電勢(shì)差不發(fā)生改變,即電壓表的示數(shù)不變,故C正確;適當(dāng)減小R1,電磁鐵中的電流增大,產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大,而當(dāng)增大R2,霍爾元件中的電流減小,所以霍爾電壓如何變化不確定,即電壓表示數(shù)變化不確定,故D錯(cuò)誤. 1.(多選)(2017南京市、鹽城市一模)如圖1所示,虛線所圍的區(qū)域內(nèi)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).從左方水平射入的電子,穿過該區(qū)域時(shí)未發(fā)生偏轉(zhuǎn).則下列分析中可能正確的是( ) 圖1 A.E豎直向上,B垂直紙面向外,電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)通過區(qū)域 B.E豎直向上,B垂直紙面向里,電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)通過區(qū)域 C.E和B都是沿水平方向,電子做勻減速直線運(yùn)動(dòng)通過區(qū)域 D.E和B都是沿水平方向,電子做勻加速直線運(yùn)動(dòng)通過區(qū)域 答案 ACD 解析 若E豎直向上,B垂直于紙面向外,則電子所受電場(chǎng)力方向豎直向下,而所受洛倫茲力由左手定則可得方向豎直向上,所以當(dāng)兩力大小相等時(shí),電子穿過此區(qū)域不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),并且做勻速直線運(yùn)動(dòng),故A正確,B錯(cuò)誤;若E和B都沿水平方向,則電子所受電場(chǎng)力方向與運(yùn)動(dòng)方向在一條直線上,而由于電子運(yùn)動(dòng)方向與B方向在一條直線上,所以電子不受洛倫茲力,因此穿過此區(qū)域不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),如果電場(chǎng)方向與電子運(yùn)動(dòng)方向相同,則電子所受電場(chǎng)力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反,則電子可能勻減速通過該區(qū)域,故C正確;若電場(chǎng)方向與電子運(yùn)動(dòng)方向相反,則電子所受電場(chǎng)力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同,則電子勻加速通過該區(qū)域,故D正確. 2.(多選)(2018田家炳中學(xué)模擬)如圖2所示是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖.帶電粒子經(jīng)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)度分別為B和E,平板S上有可讓粒子通過的狹縫P(只有在正交電磁場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)的粒子才能通過P狹縫)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、方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),根據(jù)圖示粒子的運(yùn)動(dòng),下列說法正確的有( ) 圖2 A.圖示軌跡運(yùn)動(dòng)的粒子一定是同種粒子 B.圖示軌跡運(yùn)動(dòng)的粒子一定是帶正電的粒子 C.圖示B0磁場(chǎng)中圓軌道上運(yùn)動(dòng)的粒子速度大小一定相等 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 BC 3.(多選)如圖3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)(場(chǎng)強(qiáng)大小為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3 A.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 C.a(chǎn)、b兩板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)方向一定由a指向b D.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,故三束正離子所受電場(chǎng)力等于洛倫茲力,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項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)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項(xiàng)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,三束離子所受電場(chǎng)力仍等于洛倫茲力,故在兩板間仍做勻速直線運(yùn)動(dòng),仍能從d孔射出,D項(xiàng)正確. 4.(多選)(2017如皋市第二次質(zhì)檢)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極相連接的兩個(gè)D形金屬盒,兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場(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4所示,要增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能,則下列說法中正確的是( ) 圖4 A.減小狹縫間的距離 B.增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 C.增大D形金屬盒的半徑 D.增大勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓 答案 BC 解析 由洛倫茲力提供向心力得qvB=m,解得v=,則粒子的動(dòng)能Ek=mv2=,知最大動(dòng)能與加速電壓無關(guān),與狹縫間的距離無關(guān),與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和D形盒的半徑有關(guān),增大磁感應(yīng)強(qiáng)度和D形盒的半徑,可以增加粒子的最大動(dòng)能,故B、C正確,A、D錯(cuò)誤. 5.(2018海安中學(xué)月考)如圖5所示,從S處發(fā)出的熱電子經(jīng)加速電壓U加速后垂直進(jìn)入相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,發(fā)現(xiàn)電子流向上極板偏轉(zhuǎn).設(shè)兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度為E,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.欲使電子沿直線從電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域通過,只采取下列措施,其中可行的是( ) 圖5 A.適當(dāng)減小加速電壓U B.適當(dāng)減小電場(chǎng)強(qiáng)度E C.適當(dāng)增大加速電場(chǎng)極板之間的距離 D.適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B 答案 B 解析 根據(jù)左手定則可知電子所受的洛倫茲力的方向豎直向下,而電子所受電場(chǎng)力豎直向上,故電子向上極板偏轉(zhuǎn)的原因是電場(chǎng)力大于洛倫茲力,所以要使電子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng),要么減小電場(chǎng)力,要么增大洛倫茲力.在加速電場(chǎng)中,根據(jù)動(dòng)能定理eU=mv2,可得v=,適當(dāng)減小加速電壓U,可以減小電子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度v,從而減小洛倫茲力,故A錯(cuò)誤.適當(dāng)減小電場(chǎng)強(qiáng)度E,可以減小電場(chǎng)力,故B正確.適當(dāng)增大加速電場(chǎng)極板之間的距離,由于兩極板間的電壓沒有變化,所以電子進(jìn)入磁場(chǎng)的速率沒有變化,因此沒有改變電場(chǎng)力和洛倫茲力的大小,故C錯(cuò)誤.適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B,可以減小洛倫茲力,故D錯(cuò)誤. 6.(多選)如圖6為一利用海流發(fā)電的原理圖,用絕緣材料制成一個(gè)橫截面為矩形的管道,在管道的上、下兩個(gè)內(nèi)表面裝有兩塊電阻不計(jì)的金屬板M、N,板長(zhǎng)為a,寬為b,板間的距離為d,將管道沿海流方向固定在海水中,在管道中加一個(gè)與前后表面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,將電阻為R的航標(biāo)燈與兩金屬板連接(圖中未畫出),海流方向如圖,海流速率為v,下列說法正確的是( ) 圖6 A.M板電勢(shì)高于N板的電勢(shì) B.發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為Bdv C.發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為Bav D.管道內(nèi)海水受到的安培力方向向左 答案 ABD 解析 海水中的正離子受到的洛倫茲力向上,所以正離子向上偏轉(zhuǎn),即M板帶正電;負(fù)離子受到的洛倫茲力向下,所以負(fù)離子向下偏轉(zhuǎn),即N板帶負(fù)電,所以M板的電勢(shì)高于N板的電勢(shì),故A正確;MN兩極板間形成電場(chǎng),當(dāng)離子所受的洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡時(shí),兩板間的電壓穩(wěn)定,可得q=Bqv,解得U=Bdv,兩極板間的電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì),即發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為Bdv,故B正確,C錯(cuò)誤;管道內(nèi)海水電流方向向上,根據(jù)左手定則可知,海水所受安培力方向向左,故D正確. 7.(2018鹽城中學(xué)月考)導(dǎo)體導(dǎo)電是導(dǎo)體中的自由電荷定向移動(dòng)的結(jié)果,這些可以移動(dòng)的電荷又叫載流子,例如金屬導(dǎo)體中的載流子就是自由電子.現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體材料可以分成兩大類,一類是N型半導(dǎo)體,它的載流子為電子;另一類為P型半導(dǎo)體,它的載流子是“空穴”,相當(dāng)于帶正電的粒子.如果把某種材料制成的長(zhǎng)方體放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向如圖7所示,且與前后側(cè)面垂直.長(zhǎng)方體中通過水平向右的電流,測(cè)得長(zhǎng)方體的上、下表面M、N的電勢(shì)分別為UM、UN,則該種材料( ) 圖7 A.如果是P型半導(dǎo)體,有UM>UN B.如果是N型半導(dǎo)體,有UM- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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- 江蘇專用2020版高考物理新增分大一輪復(fù)習(xí) 第八章 磁場(chǎng) 專題突破九 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)實(shí)例講義含解析 江蘇 專用 2020 高考 物理 新增 一輪 復(fù)習(xí) 第八 專題 突破 帶電 粒子 復(fù)合
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