江蘇專(zhuān)用2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)第9章磁場(chǎng)第3節(jié)核心素養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任-復(fù)合場(chǎng)中的STSE問(wèn)題學(xué)案

PAGE4-科學(xué)看法與責(zé)任—復(fù)合場(chǎng)中的STSE問(wèn)題質(zhì)譜儀裝置原理圖規(guī)律質(zhì)譜儀帶電粒子由靜止被加速電場(chǎng)加速qU＝eq\f(1,2)mv2，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)qvB＝meq\f(v2,r)，則比荷eq\f(q,m)＝eq\f(2U,B2r2)1．(2024·全國(guó)卷Ⅰ)現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來(lái)分析比質(zhì)子重許多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止起先被加速電場(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起先被同一加速電場(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()A．11B．12C．121D．144D[帶電粒子在加速電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，有qU＝eq\f(1,2)mv2，在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，其半徑r＝eq\f(mv,qB)，由以上兩式整理得：r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))。由于質(zhì)子與一價(jià)正離子的電荷量相同，B1∶B2＝1∶12，當(dāng)半徑相等時(shí)，解得：eq\f(m2,m1)＝144，選項(xiàng)D正確。]回旋加速器裝置原理圖規(guī)律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qvB＝meq\f(v2,r)得Ekm＝eq\f(q2B2r2,2m)2．某回旋加速器的示意圖如圖，兩個(gè)半徑均為R的D形盒置于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并與高頻電源兩極相連，現(xiàn)對(duì)氚核(eq\o\al(3,1)H)加速，所需的高頻電源的頻率為f。已知元電荷為e。下列說(shuō)法正確的是()A．D形盒可以用玻璃制成B．氚核的質(zhì)量為eq\f(eBf,2π)C．高頻電源的電壓越大，氚核從P處射出的速度越大D．若對(duì)氦核(eq\o\al(4,2)He)加速，則高頻電源的頻率應(yīng)調(diào)為eq\f(3,2)fD[為使D形盒內(nèi)的帶電粒子不受外電場(chǎng)的影響，D形盒應(yīng)用金屬材料制成，以實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽，A錯(cuò)誤；為使回旋加速器正常工作，高頻電源的頻率應(yīng)與帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的頻率相等，由T1＝eq\f(2πm1,eB)和T1＝eq\f(1,f)，得氚核的質(zhì)量m1＝eq\f(eB,2πf)，B錯(cuò)誤；由evmB＝m1eq\f(v\o\al(2,m),R)，得vm＝eq\f(eBR,m1)，可見(jiàn)氚核從P處射出時(shí)的最大速度vm與電源的電壓大小無(wú)關(guān)，C錯(cuò)誤；結(jié)合T2＝eq\f(2πm2,2eB)和T2＝eq\f(1,f2)，得f2＝eq\f(2m1,m2)f，又eq\f(m1,m2)＝eq\f(3,4)，得f2＝eq\f(3,2)f，D正確。]速度選擇器裝置原理圖規(guī)律速度選擇器若qv0B＝Eq，即v0＝eq\f(E,B)，帶電粒子做勻速運(yùn)動(dòng)3．在如圖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()A．肯定帶正電B．速度v＝eq\f(E,B)C．若速度v>eq\f(E,B)，粒子肯定不能從板間射出D．若此粒子從右端沿虛線方向進(jìn)入，仍做直線運(yùn)動(dòng)B[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，即qvB＝qE，解得速度v＝eq\f(E,B)，選項(xiàng)B正確；若速度v>eq\f(E,B)，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。]電磁流量計(jì)裝置原理圖規(guī)律電磁流量計(jì)eq\f(U,D)q＝qvB，所以v＝eq\f(U,DB)，所以Q＝vS＝eq\f(U,DB)πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(D,2)))eq\s\up12(2)＝eq\f(πUD,4B)4．如圖甲所示為海影號(hào)電磁推動(dòng)試驗(yàn)艦艇，船體下部的大洞使海水前后貫穿。艦艇沿海平面截面圖如圖乙所示，其與海水接觸的兩側(cè)壁M和N分別連接艦艇內(nèi)電源的正極和負(fù)極，艦艇內(nèi)超導(dǎo)體在M、N間產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，使M、N間海水受到磁場(chǎng)力作用被推出，船因此前進(jìn)。要使圖乙中的艦艇向右前進(jìn)，則所加磁場(chǎng)的方向應(yīng)為()甲乙A．水平向左 B．水平向右C．豎直向上 D．豎直向下C[圖乙為俯視圖，艦艇向右行駛，必需獲得向右的作用力，由牛頓第三定律知，海水受到的安培力必需向左，M接正極，電流從M到N，由左手定則知所加磁場(chǎng)方向必需豎直向上，選項(xiàng)C正確。]霍爾元件裝置原理圖規(guī)律霍爾元件當(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5．(2024·天津高考)筆記本電腦機(jī)身和顯示屏對(duì)應(yīng)部位分別有磁體和霍爾元件。當(dāng)顯示屏開(kāi)啟時(shí)磁體遠(yuǎn)離霍爾元件，電腦正常工作；當(dāng)顯示屏閉合時(shí)磁體靠近霍爾元件，屏幕熄滅，電腦進(jìn)入休眠狀態(tài)。如圖所示，一塊寬為a、長(zhǎng)為c的矩形半導(dǎo)體霍爾元件，元件內(nèi)的導(dǎo)電粒子是電荷量為e的自由電子，通入方向向右的電流時(shí)，電子的定向移動(dòng)速度為v。當(dāng)顯示屏閉合時(shí)元件處于垂直于上表面、方向向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，于是元件的前、后表面間出現(xiàn)電壓U，以此限制屏幕的熄滅。則元件的()A．前表面的電勢(shì)比后表面的低B．前、后表面間的電壓U與v無(wú)關(guān)C．前、后表面間的電壓U與c成正比D．自由電子受到的洛倫茲力大小為eq\f(eU,a)D[由左手定則推斷，后表面帶負(fù)電，電勢(shì)低，A錯(cuò)。電子受力平衡后，U穩(wěn)定不變，由eeq\f(U,a)＝evB得U＝Bav，與v成正比，與c無(wú)關(guān)，B、C錯(cuò)。洛倫茲力