帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析

1、專(zhuān)題強(qiáng)化十帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析專(zhuān)題解讀 1.本專(zhuān)題是磁場(chǎng)、力學(xué)、電場(chǎng)等知識(shí)的綜合應(yīng)用，高考往往以計(jì)算壓軸題的形式出現(xiàn).2.學(xué)習(xí)本專(zhuān)題，可以培養(yǎng)同學(xué)們的審題能力、推理能力和規(guī)范表達(dá)能力.針對(duì)性的專(zhuān)題訓(xùn)練，可以提高同學(xué)們解決難題壓軸題的信心.3.用到的知識(shí)有：動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)(牛頓運(yùn)動(dòng)定律)、運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)、能量觀點(diǎn)(動(dòng)能定理、能量守恒)、電場(chǎng)的觀點(diǎn)(類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律)、磁場(chǎng)的觀點(diǎn)(帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的規(guī)律).一、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.復(fù)合場(chǎng)與組合場(chǎng)(1)復(fù)合場(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

2、段或分區(qū)域交替出現(xiàn).2.帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分類(lèi)(1)靜止或勻速直線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)上時(shí)，粒子做非勻變速曲線(xiàn)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(xiàn).(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

3、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(guò)程中每次經(jīng)過(guò)D形盒縫隙都會(huì)被加速.由qvBm得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，帶電粒子做勻速運(yùn)動(dòng)電磁流量計(jì)qqvB，所以v，所以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

4、以上兩式可得r，m，.例1一臺(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(xiàn)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(xiàn)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(jiàn)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又qvB2m解得 r1根據(jù)幾何關(guān)系x2r1L，解得xL.(2)

5、如圖所示，最窄處位于過(guò)兩虛線(xiàn)交點(diǎn)的垂線(xiàn)上dr1解得d變式1(2016全國(guó)卷15)現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來(lái)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(kāi)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(kāi)磁場(chǎng).若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開(kāi)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(kāi)磁場(chǎng)，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來(lái)的12倍.此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為()圖3A.11 B.12C.121 D.144答案D解析由qUmv2得帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度為v，結(jié)合帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑R，綜合得到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1

6、44，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(guò)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、Ekmmv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(wú)關(guān).4.粒子在磁場(chǎng)中運(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)勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出回旋加速器，工作原理示意圖如圖5所示.置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹

7、縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可忽略.磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，高頻交流電頻率為f，加速電壓為U.若A處粒子源產(chǎn)生質(zhì)子的質(zhì)量為m、電荷量為q，在加速器中被加速，且加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響.則下列說(shuō)法正確的是()圖5A.質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過(guò)2RfB.質(zhì)子離開(kāi)回旋加速器時(shí)的最大動(dòng)能與加速電壓U成正比C.質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為1D.不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f，經(jīng)該回旋加速器加速的各種粒子的最大動(dòng)能不變答案AC解析質(zhì)子被加速后的最大速度受到D形盒半徑R的制約，因vm2Rf，故A正確；質(zhì)子離開(kāi)回旋加速器的最大動(dòng)能Ekmmvm42R2f2

8、2m2R2f2，與加速電壓U無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤；根據(jù)qvB，Uqmv，2Uqmv，得質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為1，C正確；因經(jīng)回旋加速器加速的粒子最大動(dòng)能Ekm2m2R2f2與m、R、f均有關(guān)，故D錯(cuò)誤.變式2如圖6甲所示是用來(lái)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6A.在Ekt圖象中應(yīng)有t4t3t3t2B.粒子射入的速度可能是vb.例5(多選)為了測(cè)量某化工廠的污水排

9、放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖13所示的流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為a1 m、b0.2 m、c0.2 m，左、右兩端開(kāi)口，在垂直于前、后面的方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1.25 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(mǎn)裝置以某一速度從左向右勻速流經(jīng)該裝置時(shí)，用電壓表測(cè)得兩個(gè)電極間的電壓U1 V.且污水流過(guò)該裝置時(shí)受到阻力作用，阻力FfkLv，其中比例系數(shù)k15 Ns/m2，L為污水沿流速方向的長(zhǎng)度，v為污水的流速.下列說(shuō)法中正確的是()圖13A.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

10、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)Q0.16 m3/sD.為使污水勻速通過(guò)該裝置，左、右兩側(cè)管口應(yīng)施加的壓強(qiáng)差為p1 500 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，則負(fù)離子向下偏轉(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；最終離子在電場(chǎng)力和洛倫茲力作用下平衡，有qvBq，解得UvBc，與離子濃度無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；污水的流速v，則流量Qvbc m3/s0.16 m3/s，故C正確；污水的流速v m/s4 m/s; 污水流過(guò)該裝置時(shí)受到的阻力FfkLvkav1514 N60 N，為使污水勻速通過(guò)該裝置，左、右兩側(cè)管口應(yīng)施加的壓力差是60

11、N，則壓強(qiáng)差為p Pa1 500 Pa，故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(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(chēng)為霍爾效應(yīng)，此電壓稱(chēng)為霍爾電壓.圖14(2)電勢(shì)高低的判斷：如圖14，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.(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；

12、聯(lián)立得Uk，k稱(chēng)為霍爾系數(shù).例6中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了量子反?；魻栃?yīng)，楊振寧稱(chēng)這一發(fā)現(xiàn)是諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的成果.如圖15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(chēng)為霍爾效應(yīng).下列說(shuō)法正確的是()圖15A.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)電子達(dá)到平衡時(shí)，電場(chǎng)力等于洛倫茲力，即qqvB，又Inqvhd(

13、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.在如圖1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(xiàn)射入后做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，則該粒子()圖1A.一定帶正電B.速度vC.若速度v，粒子一定不能從板間射出D.若此粒子從右端沿虛線(xiàn)方向進(jìn)入，仍做直線(xiàn)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；由洛倫茲力等于電場(chǎng)力，qvBqE，解得速度v，選項(xiàng)B正確；若速度v，粒子可能從板間射出，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若此粒子從右端沿虛線(xiàn)方向進(jìn)入，所受電

14、場(chǎng)力和洛倫茲力方向相同，不能做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.2.(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(kāi)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(xiàn)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C.a、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(xiàn)

15、運(yùn)動(dòng)的，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，三束離子在兩板間仍做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，仍能從d孔射出，D項(xiàng)正確.3.(2018山東濟(jì)寧模擬)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(kāi)口與排污管相連，如圖3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)

16、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(shuō)法中錯(cuò)誤的是()圖3A.M板比N板電勢(shì)低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(jiàn)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(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤，C、D正確.4

17、.(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)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和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有強(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(guò)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)力和洛倫茲力在粒子沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)等大反向，結(jié)合左手定則可知B正確.由qEqvB可得v，C正確.

18、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qvB得R，所以，D錯(cuò)誤.5.醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí)，利用電磁血流計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)通過(guò)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(xiàn)、磁場(chǎng)方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖5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3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為160 V，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.040 T.則血流速

19、度的近似值和電極a、b的正負(fù)為()圖5A.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A6.利用霍爾效應(yīng)制作的元件，廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域.如圖6是霍爾元件的工作原理示意圖，磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直于霍爾元件的工作面向下，通入圖示方向的電流I，C、D兩側(cè)就會(huì)形成電勢(shì)差UCD，下列說(shuō)法中正確的是()圖6A.電勢(shì)差UCD僅與材料有關(guān)B.僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，C、D兩面的電勢(shì)差變大C.若霍爾元件中定向移動(dòng)的是自由電子，則電勢(shì)差UCD0D.在測(cè)定地球赤道上方的地磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，元件的工作面應(yīng)保持水平方向答案B解析設(shè)霍爾元件的厚度為

20、d，長(zhǎng)為a，寬為b，穩(wěn)定時(shí)有Bqvq，又因?yàn)镮nqSv，其中n為單位體積內(nèi)自由電荷的個(gè)數(shù)，q為自由電荷所帶的電荷量，Sbd，聯(lián)立解得：UCD，可知選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B，則C、D兩面的電勢(shì)差增大，選項(xiàng)B正確；若霍爾元件中定向移動(dòng)的是自由電子，由左手定則可知，電子將向C側(cè)偏轉(zhuǎn)，則電勢(shì)差UCD0，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；地球赤道上方的地磁場(chǎng)方向?yàn)樗椒较?，元件的工作面要與磁場(chǎng)方向垂直，故元件的工作面應(yīng)保持豎直方向，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.7.(多選)(2018四川成都調(diào)研)如圖7，為探討霍爾效應(yīng)，取一塊長(zhǎng)度為a、寬度為b、厚度為d的金屬導(dǎo)體，給金屬導(dǎo)體加與前后側(cè)面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，且通以圖示方向的電流I時(shí)，用電

21、壓表測(cè)得導(dǎo)體上、下表面M、N間電壓為U.已知自由電子的電荷量為e.下列說(shuō)法中正確的是()圖7A.M板比N板電勢(shì)高B.導(dǎo)體單位體積內(nèi)自由電子數(shù)越多，電壓表的示數(shù)越大C.導(dǎo)體中自由電子定向移動(dòng)的速度為vD.導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為答案CD解析電流方向向右，電子定向移動(dòng)方向向左，根據(jù)左手定則判斷可知，電子所受的洛倫茲力方向向上，則M板積累了電子，M、N之間產(chǎn)生向上的電場(chǎng)，所以M板比N板電勢(shì)低，選項(xiàng)A錯(cuò)誤.電子定向移動(dòng)相當(dāng)于長(zhǎng)度為d的導(dǎo)體垂直切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電壓表的讀數(shù)U等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，則有UEBdv，可見(jiàn)，電壓表的示數(shù)與導(dǎo)體單位體積內(nèi)自由電子數(shù)無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由UEBdv得，自由電

22、子定向移動(dòng)的速度為v，選項(xiàng)C正確；電流的微觀表達(dá)式是InevS，則導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n，Sdb，v，代入得n，選項(xiàng)D正確.8.(多選)(2014新課標(biāo)全國(guó)20)圖8為某磁譜儀部分構(gòu)件的示意圖.圖中，永磁鐵提供勻強(qiáng)磁場(chǎng).硅微條徑跡探測(cè)器可以探測(cè)粒子在其中運(yùn)動(dòng)的軌跡.宇宙射線(xiàn)中有大量的電子、正電子和質(zhì)子.當(dāng)這些粒子從上部垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()圖8A.電子與正電子的偏轉(zhuǎn)方向一定不同B.電子與正電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑一定相同C.僅依據(jù)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡無(wú)法判斷該粒子是質(zhì)子還是正電子D.粒子的動(dòng)能越大，它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑越小答案AC解析根據(jù)左手定則，電子、正電子進(jìn)入磁場(chǎng)

23、后所受洛倫茲力的方向相反，故兩者的偏轉(zhuǎn)方向不同，選項(xiàng)A正確；根據(jù)qvB，得r，若電子與正電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度不相等，則軌跡半徑不相同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；對(duì)于質(zhì)子、正電子，它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)不能確定mv的大小，故選項(xiàng)C正確；粒子的mv越大，軌道半徑越大，而mv，粒子的動(dòng)能大，其mv不一定大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.9.如圖9所示是醫(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.現(xiàn)分別加速氘核(H)和氦核(He).下列說(shuō)法中正確的是()圖9A.它們的最大速度相同B.它們的最大動(dòng)能相同C.兩次所接高頻電源的頻率不相同D.僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動(dòng)能答案A解

24、析根據(jù)qvBm，得v.兩粒子的比荷相等，所以最大速度相等.故A正確.最大動(dòng)能Ekmv2，兩粒子的比荷相等，但質(zhì)量不相等，所以最大動(dòng)能不相等.故B錯(cuò).帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期T，兩粒子的比荷相等，所以周期相等.做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率相等，因?yàn)樗痈哳l電源的頻率等于粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率，故兩次所接高頻電源的頻率相同，故C錯(cuò)誤.由Ek可知，粒子的最大動(dòng)能與加速電壓的頻率無(wú)關(guān)，故僅增大高頻電源的頻率不能增大粒子的最大動(dòng)能.故D錯(cuò).10.速度相同的一束粒子(不計(jì)重力)由左端射入質(zhì)譜儀后的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖10所示，則下列相關(guān)說(shuō)法中正確的是()圖10A.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(guò)狹縫S0

25、的粒子的速度等于D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫S0，則粒子的比荷越小答案C解析根據(jù)該束粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2時(shí)向下偏轉(zhuǎn)，由左手定則判斷出該束粒子帶正電，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；粒子在速度選擇器中做勻速直線(xiàn)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，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；粒子能通過(guò)狹縫，電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡，有qvB1qE，得v，選項(xiàng)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qvB2m，得r，可見(jiàn)v、B2一定時(shí)，半徑r越小，則越大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.11.(多選

26、)如圖11所示為一種質(zhì)譜儀的示意圖，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(xiàn)的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場(chǎng)，在中心線(xiàn)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)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向外.一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿中心線(xiàn)通過(guò)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(shuō)法正確的是()圖11A.極板M比極板N的電勢(shì)高B.加速電場(chǎng)的電壓UERC.直徑PQ2BD.若一群粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)過(guò)題述過(guò)程都落在膠片上的同一點(diǎn)，則該群粒子具有相同的比荷答案AD解析粒子在靜電分析器內(nèi)沿電場(chǎng)線(xiàn)方向偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明粒子帶正電荷，極板M比極板N的電勢(shì)高，選項(xiàng)A正確；由Uqmv2和Eq可得U，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在磁