（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

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(guò)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(guò)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，帶電粒子在做圓周運(yùn)動(dòng)過(guò)程中每次經(jīng)過(guò)D形盒縫隙都會(huì)被加速由qvBm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，Uv0Bd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)：qUmv2；(2)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：qvB，l2r；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(guò)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(guò)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(guò)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qU02mv2在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中由牛頓第二定律得qvB2m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x2r1L，解得xL.(2)如圖，最窄處位于過(guò)兩虛線交點(diǎn)的垂線上最窄處寬度dr1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32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(guò)一次D形盒縫隙，粒子被加速一次3最大動(dòng)能：由qvmB、Ekmmv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(wú)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tT.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4A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CD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(guò)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：Ekmv2，可知，帶電粒子的動(dòng)能與加速度電壓無(wú)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)，qvBqE.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(guò)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(guò)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，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qqvB，即UBlv.(4)電源內(nèi)阻：r.(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(guò)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qqvB，可得v.(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.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(guò)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qvBq，InqvS，Shd；聯(lián)立得Uk，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9A一定帶正電B速度大小vC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qvBqE，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10A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(shuō)法正確的是()圖11A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(wú)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qvBq，解得UBbv，故電壓表的示數(shù)U與v成正比，與濃度無(wú)關(guān)，C錯(cuò)誤；污水的流量QvSvbcbc，與電壓表的示數(shù)U成正比，與a、b無(wú)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(shuō)法正確的有()圖12AN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qvB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InqSv，SdL，由得：UH令k，則UHk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(guò)的路徑，則()圖13Ab進(jìn)入磁場(chǎng)的速度一定大于a進(jìn)入磁場(chǎng)的速度Ba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mambxxD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tatbx1x2答案BC2(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(guò)兩板在以下方法中，能使帶電粒子仍沿水平直線通過(guò)兩板的是()圖14A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BD3(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(shuō)法正確的是()圖15A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BdvC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qvBq得，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的大小為EBdv，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(guò)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(guò)管道時(shí)受到的阻力大小fkLv2，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16A污水的流量QB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(wú)關(guān)D左、右兩側(cè)管口的壓強(qiáng)差p答案CD解析根據(jù)離子所受洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡，有：qvBq，解得v，則有污水的流量QvSvbcbc，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：qvBq，解得：UvBc，與污水中離子濃度無(wú)關(guān)，故C正確；根據(jù)平衡條件有：pbcfkLv2kav2，而v，解得左右兩側(cè)管口壓強(qiáng)差p，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(shuō)法正確的是()圖17A通過(guò)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(guò)霍爾元件的磁場(chǎng)方向向下，故A正確；通過(guò)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(guò)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1AE豎直向上，B垂直紙面向外，電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)通過(guò)區(qū)域BE豎直向上，B垂直紙面向里，電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)通過(guò)區(qū)域CE和B都是沿水平方向，電子做勻減速直線運(yùn)動(dòng)通過(guò)區(qū)域DE和B都是沿水平方向，電子做勻加速直線運(yùn)動(dòng)通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(shuō)法正確的有()圖2A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BC3.(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3A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，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(guò)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(shuō)法中正確的是()圖4A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qvBm，解得v，則粒子的動(dòng)能Ekmv2，知最大動(dòng)能與加速電壓無(wú)關(guān)，與狹縫間的距離無(wú)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(guò)，只采取下列措施，其中可行的是()圖5A適當(dāng)減小加速電壓UB適當(dāng)減小電場(chǎng)強(qiáng)度EC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eUmv2，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(shuō)法正確的是()圖6AM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BdvC發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為BavD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qBqv，解得UBdv，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(guò)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7A如果是P型半導(dǎo)體，有UM>UNB如果是N型半導(dǎo)體，有UM<UNC如果是P型半導(dǎo)體，有UM<UND如果是金屬導(dǎo)體，有UM<UN答案C8(多選)(2019丹陽(yáng)中學(xué)月考)如圖8表示磁流體發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理：磁場(chǎng)中有兩塊金屬板A、B，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正離子和負(fù)離子，而從整體來(lái)說(shuō)呈電中性)沿圖示方向噴射入磁場(chǎng)，這時(shí)金屬板上就聚集了電荷在磁極配置如圖中所示的情況下，下列說(shuō)法正確的是()圖8AA板帶負(fù)電B有電流從b經(jīng)用電器流向aC金屬板A、B間的電場(chǎng)方向向下D等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是離子所受的洛倫茲力大于所受的電場(chǎng)力答案ABD解析根據(jù)左手定則知，正離子向下偏，負(fù)離子向上偏，則A板帶負(fù)電，故A正確；因?yàn)锽板帶正電，A板帶負(fù)電，所以電流的流向?yàn)閺腷經(jīng)用電器流向a，故B正確；因?yàn)锽板帶正電，A板帶負(fù)電，所以金屬板間的電場(chǎng)方向向上，故C錯(cuò)誤；等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是離子所受的洛倫茲力大于所受的電場(chǎng)力，故D正確9.(多選)(2018南京市三模)如圖9所示，寬度為d、厚度為h的金屬導(dǎo)體放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)電流通過(guò)該導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的上、下表面之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，電勢(shì)差U、電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系為Uk，式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)，設(shè)載流子的電荷量大小為q，金屬導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)目為n，下列說(shuō)法正確的是()圖9A導(dǎo)體上表面的電勢(shì)大于下表面的電勢(shì)B霍爾系數(shù)為kC載流子所受電場(chǎng)力的大小FqD載流子所受洛倫茲力的大小F答案BD10(多選)(2018蘇錫常鎮(zhèn)一調(diào))電動(dòng)自行車是一種應(yīng)用廣泛的交通工具，其速度控制是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)右把手實(shí)現(xiàn)的，這種轉(zhuǎn)動(dòng)把手稱“霍爾轉(zhuǎn)把”，屬于傳感器非接觸控制，轉(zhuǎn)把內(nèi)部有永久磁鐵和霍爾元件等，截面如圖10甲所示，永久磁鐵的左右兩側(cè)分別為N、S極開啟電源時(shí)，在霍爾元件的上下面之間加一定的電壓，形成電流，如圖乙隨著轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動(dòng)，其內(nèi)部的永久磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾元件能輸出控制車速的電壓，已知車速與霍爾電壓關(guān)系如圖丙以下關(guān)于“霍爾轉(zhuǎn)把”敘述正確的是()圖10A為提高控制的靈敏度，應(yīng)將永久磁鐵的磁極改為上、下端分別為N、S極B按圖甲順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)車的右把手，車速將變快C圖乙中從霍爾元件的前、后面輸出控制車速的霍爾電壓D若霍爾元件的上、下面之間所加電壓正負(fù)極性對(duì)調(diào)，將影響車速控制答案BC解析由于在霍爾元件的上下面之間加一定的電壓，形成電流，當(dāng)永久磁鐵的上下端分別為N、S極時(shí)，磁場(chǎng)與霍爾元件內(nèi)載流子的移動(dòng)方向近似平行，則霍爾元件內(nèi)的載流子幾乎不受洛倫茲力作用，那么霍爾元件不能輸出控制車速的電壓，故A錯(cuò)誤；當(dāng)按題圖甲順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)把手，導(dǎo)致霍爾元件周圍的磁場(chǎng)增加，那么霍爾元件輸出控制車速的電壓增大，因此車速變快，故B正確；根據(jù)題意，結(jié)合題圖乙的示意圖，永久磁鐵的N、S極在左、右側(cè)面，因此從霍爾元件輸出控制車速的電壓在前、后表面，故C正確；當(dāng)霍爾元件的上、下面之間所加電壓正負(fù)極性對(duì)調(diào)，從霍爾元件輸出控制車速的電壓正負(fù)號(hào)相反，但由題圖丙可知，不會(huì)影響車速控制，故D錯(cuò)誤11某種回旋加速器的設(shè)計(jì)方案如圖11甲所示，圖中粗黑線段為兩個(gè)正對(duì)的極板，兩個(gè)極板的板面中部各有一狹縫(沿OP方向的狹長(zhǎng)區(qū)域)，帶電粒子可通過(guò)狹縫穿越極板(如圖乙所示)，當(dāng)帶電粒子每次進(jìn)入兩極板間時(shí)，板間電勢(shì)差為U(下極板電勢(shì)高于上極板電勢(shì))，當(dāng)粒子離開兩極板后，極板間電勢(shì)差為零；兩細(xì)虛線間(除開兩極板之間的區(qū)域)既無(wú)電場(chǎng)也無(wú)磁場(chǎng)；其他部分存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面在離子源S中產(chǎn)生的質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的離子，由靜止開始被電場(chǎng)加速，經(jīng)狹縫中的O點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域，O點(diǎn)到極板右端的距離為D，到出射孔P的距離為4D，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可以調(diào)節(jié)，離子從離子源上方的O點(diǎn)射入磁場(chǎng)區(qū)域，最終只能從出射孔P射出，假設(shè)離子打到器壁或離子源外壁則被吸收忽略相對(duì)論效應(yīng)，不計(jì)離子重力，求：圖11(1)離子從出射孔P射出時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值；(2)調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小使B1，計(jì)算離子從P點(diǎn)射出時(shí)的動(dòng)能答案(1)(2)64qU解析(1) 設(shè)離子從O點(diǎn)射入磁場(chǎng)時(shí)的速率為v，根據(jù)動(dòng)能定理有qUmv2設(shè)離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為r，根據(jù)洛倫茲力提供向心力有qvBm若離子從O點(diǎn)射出后只運(yùn)動(dòng)半個(gè)圓周即從孔P射出，由幾何關(guān)系有：r2D此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度取得最小值，且最小值為Bmin；(2)若B1，根據(jù)qvBm，解得r1分析可知離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半圈后將穿過(guò)上極板進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)域做減速運(yùn)動(dòng)，速度減到零后又重新反向加速至進(jìn)入時(shí)的速率，從進(jìn)入處再回到磁場(chǎng)區(qū)域，因?yàn)閞1，這樣的過(guò)程將進(jìn)行2次由幾何關(guān)系可知，離子將在距P點(diǎn)的位置經(jīng)電場(chǎng)加速進(jìn)入磁場(chǎng)繞過(guò)兩極板右端從下極板進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)域再次被加速，半徑不斷增大，但每次從下極板進(jìn)入電場(chǎng)的位置相同，經(jīng)過(guò)多次加速后離子從孔P射出時(shí)的半徑滿足rn，此時(shí)速度最大設(shè)為vm，根據(jù)qvmB1m，解得：vm8從P射出時(shí)的動(dòng)能為Ekmv64qU.