2025版高考物理一輪復習第九章磁場3帶電粒子在復合場中的運動訓練3含解析

PAGE1-帶電粒子在復合場中的運動1.(多選)(2024·瀘州模擬)1932年,勞倫斯和利文斯頓設(shè)計出了回旋加速器?；匦铀倨鞯墓ぷ髟砣鐖D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,帶電粒子穿過的時間可以忽視不計,磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場與盒面垂直。A處粒子源產(chǎn)生初速度不計、質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子,粒子在狹縫中被加速,加速電壓為U,加速過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力影響,則關(guān)于回旋加速器,下列說法正確的是 ()A.帶電粒子每一次通過狹縫時獲得的能量不同B.D形盤的半徑R越大,粒子離開回旋加速器時獲得的最大動能越大C.交變電源的加速電壓U越大,粒子離開回旋加速器時獲得的最大動能越大D.粒子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為2∶1【解析】選B、D。依據(jù)帶電粒子從電場中獲得能量,則由動能定理,qU=ΔEk,可知,每一次通過狹縫時獲得的能量相同,選項A錯誤;依據(jù)半徑公式r=mvBq知,v=qBrm,則粒子的最大動能Ek=12mv2=q2B2r22m=q2B2R22m,與加速的電壓無關(guān),與D形盒的半徑以及磁感應(yīng)強度有關(guān),D形盒的半徑R越大,粒子加速所能獲得的最大動能越大,選項B正確,C錯誤;只有電場力做功,粒子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后的動能之比是2∶1,2.(多選)如圖所示為磁流體發(fā)電機的原理圖。金屬板M、N之間的距離為d=20cm,磁場的磁感應(yīng)強度大小為B=5T,方向垂直紙面對里?，F(xiàn)將一束等離子體(即高溫下電離的氣體,含有大量帶正電和帶負電的微粒,整體呈中性)從左側(cè)噴射入磁場,發(fā)覺在M、N兩板間接入的額定功率為P=100W的燈泡正常發(fā)光,且此時燈泡電阻為R=100Ω,不計離子重力和發(fā)電機內(nèi)阻,且認為離子均為一價離子,A.金屬板M上聚集負電荷,金屬板N上聚集正電荷B.該發(fā)電機的電動勢為100VC.每秒鐘有6.25×1018個離子打在金屬板N上D.離子從左側(cè)噴射入磁場的初速度大小為103【解析】選B、C。由左手定則知正離子向上偏轉(zhuǎn),所以M帶正電,A錯誤;發(fā)電機所接燈泡正常發(fā)光,由功率P=U2R可知U=100V,因電源不計內(nèi)阻,則燈泡的電壓即為電動勢E=100V,故B正確。依據(jù)歐姆定律可知I=UR=1A,由電流的定義可知I=net,則每秒種打在板上的粒子個數(shù)為n=Ie=6.25×1018,故C正確。兩板間電壓穩(wěn)定時滿意:qvB=qE0=qEd,所以100=E=Bvd=5×v×0.2,解得粒子的飛行速度為v=103.(2024·德州模擬)霍爾式位移傳感器的測量原理如圖所示,有一個沿z軸方向的磁場,磁感應(yīng)強度B=B0+kz(B0、k均為大于0的常數(shù))。將傳感器固定在物體上,保持通過霍爾元件的電流I不變(方向如圖所示),當物體沿z軸方向移動時,由于位置不同,霍爾元件在y軸方向的上、下表面的電勢差U也不同,則()A.傳感器靈敏度ΔUΔzB.當物體沿z軸方向移動時,上、下表面的電勢差U變小C.傳感器靈敏度ΔUΔzD.若圖中霍爾元件是電子導電,則下表面電勢高【解析】選C。最終帶電粒子在電場力和洛倫茲力的作用下處于平衡,設(shè)霍爾元件的長寬高分別為a、b、c,由qUc=qBv,電流的微觀表達式為I=nqbcv,所以U=BInqb=(B0+kz)Inqb=kInqbz+B0Inqb,從公式可以看出,