2024-2025學(xué)年下學(xué)期高二物理人教版期中必刷常考題之質(zhì)譜儀與回旋加速器

第46頁(yè)（共46頁(yè)）2024-2025學(xué)年下學(xué)期高二物理人教版（2019）期中必刷?？碱}之質(zhì)譜儀與回旋加速器一．選擇題（共7小題）1．（2024秋?惠山區(qū)校級(jí)期末）石墨烯是一種由碳原子組成的單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)新材料，具有豐富的電學(xué)性能?，F(xiàn)設(shè)計(jì)一電路測(cè)量某二維石墨烯樣品的載流子（電子）濃度。如圖（a）所示，在長(zhǎng)為a，寬為b的石墨烯表面加一垂直向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電極1、3間通以恒定電流I，電極2、4間將產(chǎn)生電壓U。當(dāng)I＝1.60×10﹣3A時(shí)，測(cè)得U﹣B關(guān)系圖線如圖（b）所示，元電荷e＝1.60×10﹣19C，則此樣品每平方米載流子數(shù)最接近（）A．2.7×1015 B．3.7×1016 C．2.7×1019 D．3.7×10202．（2024秋?大連期末）如圖為利用霍爾元件進(jìn)行微小位移測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置。在兩塊完全相同、同極相對(duì)放置的磁體縫隙中放入金屬材料制成的霍爾元件，當(dāng)霍爾元件處于中間位置時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0，霍爾電壓UH（霍爾元件前后兩表面的電勢(shì)差）也為0，將該點(diǎn)作為直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)。已知沿x軸方向磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝kx（k為常數(shù)，且k＞0），霍爾元件中通以沿y軸正方向的恒定電流，當(dāng)霍爾元件沿x軸移動(dòng)時(shí)，即有霍爾電壓UH輸出，下列說(shuō)法正確的是（）A．霍爾元件有x軸正方向位移時(shí)，前表面的電勢(shì)高于后表面的電勢(shì) B．UH的大小與元件在水平方向位移的大小成正比 C．霍爾元件的位移一定時(shí)，只增大y方向恒定電流的大小，UH的大小不變 D．霍爾元件的位移一定時(shí)，只增大元件垂直磁場(chǎng)方向的面積，UH的大小增大3．（2024秋?懷柔區(qū)期末）如圖所示，將非磁性材料制成的圓管置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)含有大量正負(fù)離子的導(dǎo)電液體從管中由左向右流過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，測(cè)得管兩側(cè)M、N兩點(diǎn)之間有電勢(shì)差U。忽略離子重力影響，則（）A．M點(diǎn)的電勢(shì)高于N點(diǎn) B．N點(diǎn)的電勢(shì)高于M點(diǎn) C．管中導(dǎo)電液體的流速越大，M、N兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差U越小 D．管中導(dǎo)電液體的離子濃度越大，M、N兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差U越大4．（2024秋?泰州期末）如圖所示，圖甲、乙、丙、丁分別為多級(jí)直線加速器、回旋加速器、磁流體發(fā)電機(jī)、質(zhì)譜儀的原理示意圖。以下說(shuō)法正確的是（）A．圖甲中，粒子在筒中做加速運(yùn)動(dòng)，電壓越大獲得的能量越高 B．圖乙中，粒子第n次（n＞1）被加速前、后的軌道半徑之比為n-C．圖丙中，將一束等離子體噴入磁場(chǎng)，A、B板間產(chǎn)生電勢(shì)差，A板電勢(shì)高 D．圖丁中，11H、15．（2024秋?朝陽(yáng)區(qū)校級(jí)期末）半導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)電的粒子—“載流子”有兩種：自由電子和空穴（空穴可視為能自由移動(dòng)帶正電的粒子），以自由電子導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體叫N型半導(dǎo)體，以空穴導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體叫P型半導(dǎo)體。如圖為檢驗(yàn)半導(dǎo)體材料的類(lèi)型和對(duì)材料性能進(jìn)行測(cè)試的原理圖，圖中一塊長(zhǎng)為a、寬為b、厚為c的半導(dǎo)體樣品板放在沿y軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。當(dāng)有大小為I、沿x軸正方向的恒定電流通過(guò)樣品板時(shí)，會(huì)在與z軸垂直的兩個(gè)側(cè)面之間產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差UH，下列說(shuō)法中正確的是（）A．如果下表面電勢(shì)高，則該半導(dǎo)體為P型半導(dǎo)體 B．如果下表面電勢(shì)高，則該半導(dǎo)體為N型半導(dǎo)體 C．半導(dǎo)體樣品板的長(zhǎng)度a越大，UH越大 D．半導(dǎo)體樣品板的寬度b越小，UH越大6．（2024秋?濟(jì)南期末）霍爾效應(yīng)的應(yīng)用非常廣泛。如圖所示，金屬片長(zhǎng)度為a，寬度為b，厚度為h，水平放置于方向豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬片左右兩端與電動(dòng)勢(shì)為E的直流電源及滑動(dòng)變阻器R構(gòu)成閉合回路，金屬片前后MN兩端接理想電壓表V。不計(jì)電源內(nèi)阻及金屬片電阻，閉合電鍵S，下列說(shuō)法正確的是（）A．金屬片的前端M的電勢(shì)低于后端N的電勢(shì) B．僅減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B，電壓表示數(shù)增大 C．僅增大滑動(dòng)變阻器R的阻值，電壓表示數(shù)減小 D．僅增大金屬片的長(zhǎng)度a，電壓表示數(shù)減小7．（2024秋?錫山區(qū)校級(jí)期末）如圖所示，一束帶電粒子（不計(jì)重力）先以一定的初速度沿直線通過(guò)由相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B（方向垂直紙面，未畫(huà)出）和勻強(qiáng)電場(chǎng)E組成的速度選擇器，然后通過(guò)平板S上的狹縫P，進(jìn)入另一垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B′，最終打在平板S上的A1A2之間。下列正確的是（）A．粒子打在A1A2上的位置距P越近，粒子的速度越大 B．粒子打在A1A2上的位置距P越近，粒子的比荷越大 C．通過(guò)狹縫P的粒子帶負(fù)電 D．磁場(chǎng)B的方向垂直紙面向外二．多選題（共5小題）（多選）8．（2024秋?深圳期末）黨的二十大報(bào)告中，習(xí)近平總書(shū)記明確指出要實(shí)施科技興國(guó)戰(zhàn)略，強(qiáng)調(diào)科技是第一生產(chǎn)力，則下列關(guān)于現(xiàn)代科技前沿磁流體發(fā)電和加速度相關(guān)說(shuō)法正確的是（）A．圖甲是磁流體發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可以判斷出A板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極 B．圖甲中，穩(wěn)定時(shí)AB間形成的電場(chǎng)方向從A板指向B板 C．圖乙是回旋加速器的示意圖要使粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增大加速電壓U D．圖乙中可增加D型盒直徑來(lái)增大粒子的出射動(dòng)能（多選）9．（2024秋?青島期末）汽車(chē)的ABS是一種能夠防止車(chē)輪抱死的制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的傳感器主要基于霍爾效應(yīng)原理。如圖是傳感器元件的簡(jiǎn)易圖，水平放置的元件處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，長(zhǎng)、寬、高分別是a、c、h。元件內(nèi)的電子定向移動(dòng)形成恒定電流I，電流的方向向右，下列說(shuō)法正確的是（）A．電子定向移動(dòng)的方向是從右到左 B．該元件前表面的電勢(shì)高于后表面的電勢(shì) C．若增大寬度c，前后表面電勢(shì)差的絕對(duì)值增大 D．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，前后表面電勢(shì)差的絕對(duì)值增大（多選）10．（2024秋?青島期末）如圖為用磁場(chǎng)力輸送導(dǎo)電液體的電磁泵模型，泵體相鄰棱長(zhǎng)分別為L(zhǎng)1、L2、L3。將泵體的上下表面接在電壓為U內(nèi)阻不計(jì)的電源上，理想電流表示數(shù)為I，泵體處在垂直于前表面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，導(dǎo)電液體的電阻率為ρ。下列說(shuō)法正確的是（）A．泵體上表面應(yīng)接電源正極 B．電磁泵對(duì)導(dǎo)電液產(chǎn)生的推力大小為BIL3 C．泵體內(nèi)導(dǎo)電液體沿電流方向的電阻R＝ρL1D．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度可以提高導(dǎo)電液體的流動(dòng)速度（多選）11．（2024秋?天津期末）洛倫茲力在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，如圖為磁場(chǎng)中常見(jiàn)的4種儀器，都利用了洛倫茲力對(duì)帶電粒子的作用，下列說(shuō)法正確的是（）A．甲圖中，若僅增大加速電壓，粒子離開(kāi)加速器時(shí)的動(dòng)能變大 B．乙圖中，粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越大 C．丙圖中，A極板是磁流體發(fā)電機(jī)的負(fù)極 D．丁圖中，帶貨電的粒子從左側(cè)射入，若速度v＜（多選）12．（2024秋?太原期末）質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從容器A下方的小孔S1飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為0，然后經(jīng)過(guò)S3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D上，粒子重力不計(jì)。下列選項(xiàng)正確的是（）A．粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度v=2B．粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑為r=1C．由粒子打在底片上的圓周半徑r，可算得粒子的比荷qmD．只有電荷量、質(zhì)量均相同的粒子，才能打到照相底片上相同的地方三．解答題（共3小題）13．（2024秋?海淀區(qū)期末）某種質(zhì)譜儀的工作原理如圖所示，Ⅰ區(qū)為粒子加速器；Ⅱ區(qū)為速度選擇器，在兩平行導(dǎo)體板之間有方向相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E；Ⅲ區(qū)為偏轉(zhuǎn)分離器，磁場(chǎng)的方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2。電荷量為q的粒子從電離室A中飄出（初速度不計(jì)），經(jīng)Ⅰ區(qū)電場(chǎng)加速后，該粒子通過(guò)速度選擇器并從狹縫S進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器，運(yùn)動(dòng)半個(gè)圓周后打在照相底片上的D處被吸收形成譜線，測(cè)得D到S的距離為x。（1）判斷Ⅱ區(qū)中勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向、粒子的電性；（2）求粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小v；（3）求粒子的質(zhì)量m。14．（2024秋?杭州期末）質(zhì)譜儀的工作原理簡(jiǎn)化如圖所示，由線狀離子源S、粒子加速器和偏轉(zhuǎn)分離器組成。已知：從離子源S釋放一定速率的正離子，加速電壓為U；x軸上方存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B；離子被加速后，從坐標(biāo)原點(diǎn)O處以速率v進(jìn)入磁場(chǎng)，在xOy平面內(nèi)分布在y軸兩側(cè)各為θ的范圍內(nèi)。在x軸上放置長(zhǎng)度為0.4L的離子收集板，其右端點(diǎn)坐標(biāo)為（2L，0），沿y軸正方向入射的離子，恰好打在收集板的右端點(diǎn)。整個(gè)裝置處于真空中，離子不計(jì)重力，不考慮離子間的碰撞，忽略離子間的相互作用。（sin53°＝0.8，cos53°＝0.6）（1）求離子的比荷qm和離子從離子源釋放時(shí)的初速度大小v0（2）若發(fā)射的離子被收集板全部收集，求θ的最大值；（3）若在x軸的上方添加沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，勻強(qiáng)電場(chǎng)大小E＝vB，從原點(diǎn)O進(jìn)入與y軸成θ＝16°斜向右的某一離子，當(dāng)離子動(dòng)能最大時(shí)，求該離子的速度大小vmax及所在的位置到x軸的距離y1。（結(jié)果可保留三角函數(shù)）15．（2024秋?通州區(qū)期末）MM50是新一代三維適形和精確調(diào)強(qiáng)的放射治療尖端設(shè)備，其核心技術(shù)之一是多級(jí)能量跑道回旋加速器，其工作原理如圖所示。兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ、Ⅱ的邊界平行，相距為L(zhǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向垂直紙面向外。下方兩條橫向虛線之間的區(qū)域存在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)（兩條橫向虛線之間的區(qū)域?qū)挾群苷?，可忽略不?jì)），方向與磁場(chǎng)邊界垂直。某一質(zhì)量為m、電荷量為﹣e的電子從P端飄入電場(chǎng)（初速度忽略不計(jì)），經(jīng)過(guò)多次的電場(chǎng)加速和磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后，電子從位于邊界上的出射口C處向左射出磁場(chǎng)并被收集。已知C、Q之間的距離為d，勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，電子的重力不計(jì)，不考慮相對(duì)論效應(yīng)。求：（1）該電子第一次加速至Q端時(shí)速度的大小v1；（2）該電子從P端飄入電場(chǎng)到第一次回到P端的過(guò)程中所用的時(shí)間t；（3）為適應(yīng)不同深度和類(lèi)型的放射治療需求，MM50設(shè)備在出射口C處收集的高能電子的動(dòng)能大小需要在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。有同學(xué)認(rèn)為，在其他條件不變的情況下，可以通過(guò)只調(diào)節(jié)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小或只調(diào)節(jié)兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域邊界的距離L來(lái)實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)你判斷該同學(xué)的說(shuō)法是否正確，并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。

2024-2025學(xué)年下學(xué)期高二物理人教版（2019）期中必刷?？碱}之質(zhì)譜儀與回旋加速器參考答案與試題解析題號(hào)1234567答案BBABBCB一．選擇題（共7小題）1．（2024秋?惠山區(qū)校級(jí)期末）石墨烯是一種由碳原子組成的單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)新材料，具有豐富的電學(xué)性能?，F(xiàn)設(shè)計(jì)一電路測(cè)量某二維石墨烯樣品的載流子（電子）濃度。如圖（a）所示，在長(zhǎng)為a，寬為b的石墨烯表面加一垂直向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電極1、3間通以恒定電流I，電極2、4間將產(chǎn)生電壓U。當(dāng)I＝1.60×10﹣3A時(shí)，測(cè)得U﹣B關(guān)系圖線如圖（b）所示，元電荷e＝1.60×10﹣19C，則此樣品每平方米載流子數(shù)最接近（）A．2.7×1015 B．3.7×1016 C．2.7×1019 D．3.7×1020【考點(diǎn)】霍爾效應(yīng)與霍爾元件．【專(zhuān)題】定量思想；推理法；帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；推理論證能力．【答案】B【分析】根據(jù)電流的微觀表達(dá)式得到載流子定向移動(dòng)的速率，根據(jù)載流子受到的洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡寫(xiě)出霍爾電壓的表達(dá)式，結(jié)合圖像的斜率計(jì)算?！窘獯稹拷猓涸O(shè)樣品單位面積上含有的載流子為n，載流子定向移動(dòng)的速率為v，則恒定電流大小I＝nebv，霍爾電壓的大小為U，則evB=eUb，解得U=IneB，結(jié)合圖像有k=Ine=84故選：B?！军c(diǎn)評(píng)】能夠?qū)懗龌魻栯妷篣和磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的函數(shù)表達(dá)式是解題的基礎(chǔ)。2．（2024秋?大連期末）如圖為利用霍爾元件進(jìn)行微小位移測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置。在兩塊完全相同、同極相對(duì)放置的磁體縫隙中放入金屬材料制成的霍爾元件，當(dāng)霍爾元件處于中間位置時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0，霍爾電壓UH（霍爾元件前后兩表面的電勢(shì)差）也為0，將該點(diǎn)作為直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)。已知沿x軸方向磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝kx（k為常數(shù)，且k＞0），霍爾元件中通以沿y軸正方向的恒定電流，當(dāng)霍爾元件沿x軸移動(dòng)時(shí)，即有霍爾電壓UH輸出，下列說(shuō)法正確的是（）A．霍爾元件有x軸正方向位移時(shí)，前表面的電勢(shì)高于后表面的電勢(shì) B．UH的大小與元件在水平方向位移的大小成正比 C．霍爾元件的位移一定時(shí)，只增大y方向恒定電流的大小，UH的大小不變 D．霍爾元件的位移一定時(shí)，只增大元件垂直磁場(chǎng)方向的面積，UH的大小增大【考點(diǎn)】霍爾效應(yīng)與霍爾元件．【專(zhuān)題】定量思想；推理法；帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；推理論證能力．【答案】B【分析】根據(jù)左手定則判斷電子的偏轉(zhuǎn)方向，據(jù)此判斷電勢(shì)的高低；根據(jù)電子受到的洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡，結(jié)合電流的微觀表達(dá)式寫(xiě)出霍爾電壓的表達(dá)式，據(jù)此逐項(xiàng)分析即可。【解答】解：A、霍爾元件有x軸正方向位移時(shí)，通過(guò)霍爾元件的磁感線方向?yàn)樗较蜃?，根?jù)左手定則可知霍爾元件中的自由電子受安培力方向指向前表面，則前表面聚集電子，所以前表面的電勢(shì)低于后表面的電勢(shì)，故A錯(cuò)誤；B、設(shè)霍爾元件中電子定向移動(dòng)的速率為v，霍爾元件沿y軸方向的厚度為b，沿x軸方向的厚度為a，前后表面的距離為d，霍爾元件單位體積含有的自由電子數(shù)為n，則I＝neadv，根據(jù)電子在霍爾元件中受洛倫茲力合電場(chǎng)力結(jié)合平衡條件有evB=eUHd，其中B＝kx，整理可得UH＝vdkx=IkxCD、根據(jù)霍爾電壓的表達(dá)式UH=Ikxnea可知，霍爾電壓的位移x一定時(shí)，只增大y方向恒定電流的大小，則霍爾電壓UH變大；若只增大元件垂直磁場(chǎng)方向的面積，即ad的乘積增大，可能a會(huì)增大，則霍爾電壓U故選：B?！军c(diǎn)評(píng)】能夠根據(jù)電流的微觀表達(dá)式、電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡條件寫(xiě)出霍爾電壓的表達(dá)式是解題的關(guān)鍵。3．（2024秋?懷柔區(qū)期末）如圖所示，將非磁性材料制成的圓管置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)含有大量正負(fù)離子的導(dǎo)電液體從管中由左向右流過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，測(cè)得管兩側(cè)M、N兩點(diǎn)之間有電勢(shì)差U。忽略離子重力影響，則（）A．M點(diǎn)的電勢(shì)高于N點(diǎn) B．N點(diǎn)的電勢(shì)高于M點(diǎn) C．管中導(dǎo)電液體的流速越大，M、N兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差U越小 D．管中導(dǎo)電液體的離子濃度越大，M、N兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差U越大【考點(diǎn)】電磁流量計(jì)．【專(zhuān)題】定性思想；推理法；帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；理解能力．【答案】A【分析】根據(jù)左手定則判斷正、負(fù)粒子受洛倫茲力方向，進(jìn)而比較電勢(shì)的高低；根據(jù)平衡條件寫(xiě)出電勢(shì)差的表達(dá)式，據(jù)此分析即可?！窘獯稹拷猓篈B．管中的導(dǎo)電液體從管中由左向右流過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，由左手定則可知帶正電離子受到的洛倫茲力向上，帶負(fù)電離子受到的洛倫茲力向下，即管上壁聚集正電荷，管下壁聚集負(fù)電荷，所以M點(diǎn)的電勢(shì)高于N點(diǎn)的電勢(shì)，故A正確，B錯(cuò)誤；CD．兩管壁最后電壓穩(wěn)定時(shí)，電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡，根據(jù)平衡條件則有qvB=qUd，可得U＝Bvd，可知管中導(dǎo)電液體的流速越大，M、N兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差U越大；M、N兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差故選：A。【點(diǎn)評(píng)】本題考查了左手定則的應(yīng)用，容易題。4．（2024秋?泰州期末）如圖所示，圖甲、乙、丙、丁分別為多級(jí)直線加速器、回旋加速器、磁流體發(fā)電機(jī)、質(zhì)譜儀的原理示意圖。以下說(shuō)法正確的是（）A．圖甲中，粒子在筒中做加速運(yùn)動(dòng)，電壓越大獲得的能量越高 B．圖乙中，粒子第n次（n＞1）被加速前、后的軌道半徑之比為n-C．圖丙中，將一束等離子體噴入磁場(chǎng)，A、B板間產(chǎn)生電勢(shì)差，A板電勢(shì)高 D．圖丁中，11H、1【考點(diǎn)】磁流體發(fā)電機(jī)；與加速電場(chǎng)相結(jié)合的質(zhì)譜儀；回旋加速器．【專(zhuān)題】定量思想；推理法；帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；推理論證能力．【答案】B【分析】在筒中電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為0，據(jù)此分析；根據(jù)動(dòng)能定理得到粒子被加速后的速度，然后根據(jù)洛倫茲力提供向心力寫(xiě)出半徑的表達(dá)式分析；根據(jù)左手定則分析；根據(jù)洛倫茲力提供向心力，結(jié)合半徑的表達(dá)式分析?！窘獯稹拷猓篈．在多級(jí)直線加速器（圖甲）中，粒子在兩筒間的電場(chǎng)中做加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)靜電平衡可知在筒中電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為0，粒子所受電場(chǎng)力為零，所以粒子在筒中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；B．回旋加速器（圖乙）中，根據(jù)動(dòng)能定理，第（n﹣1）次加速后q(第n次加速后qnU=又因?yàn)榱Ｗ釉诖艌?chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力，則qvB=可得r=則rn-1C．對(duì)于磁流體發(fā)電機(jī)（圖丙），根據(jù)左手定則，等離子體中的正離子向B板偏轉(zhuǎn)，負(fù)離子向A板偏轉(zhuǎn)，所以B板電勢(shì)高，A板電勢(shì)低，故C錯(cuò)誤；D．在質(zhì)譜儀（圖?。┲校Ｗ酉仍诩铀匐妶?chǎng)中加速qU=進(jìn)入磁場(chǎng)后qvB=聯(lián)立可得r=1B2mUq，其中1故選：B?！军c(diǎn)評(píng)】本題考查了對(duì)直線加速器、回旋加速器、質(zhì)譜儀和磁流體發(fā)電機(jī)工作原理的認(rèn)識(shí)。5．（2024秋?朝陽(yáng)區(qū)校級(jí)期末）半導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)電的粒子—“載流子”有兩種：自由電子和空穴（空穴可視為能自由移動(dòng)帶正電的粒子），以自由電子導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體叫N型半導(dǎo)體，以空穴導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體叫P型半導(dǎo)體。如圖為檢驗(yàn)半導(dǎo)體材料的類(lèi)型和對(duì)材料性能進(jìn)行測(cè)試的原理圖，圖中一塊長(zhǎng)為a、寬為b、厚為c的半導(dǎo)體樣品板放在沿y軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。當(dāng)有大小為I、沿x軸正方向的恒定電流通過(guò)樣品板時(shí)，會(huì)在與z軸垂直的兩個(gè)側(cè)面之間產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差UH，下列說(shuō)法中正確的是（）A．如果下表面電勢(shì)高，則該半導(dǎo)體為P型半導(dǎo)體 B．如果下表面電勢(shì)高，則該半導(dǎo)體為N型半導(dǎo)體 C．半導(dǎo)體樣品板的長(zhǎng)度a越大，UH越大 D．半導(dǎo)體樣品板的寬度b越小，UH越大【考點(diǎn)】霍爾效應(yīng)與霍爾元件．【專(zhuān)題】定性思想；推理法；帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；推理論證能力．【答案】B【分析】根據(jù)左手定則分析；根據(jù)載流子受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡結(jié)合電流的微觀表達(dá)式寫(xiě)出霍爾電勢(shì)差的表達(dá)式分析。【解答】解：AB、根據(jù)左手點(diǎn)則可以判斷載流子向上表面偏轉(zhuǎn)，如果上表面電勢(shì)高，則載流子為空穴，為P型半導(dǎo)體；如果下表面電勢(shì)高，則載流子為自由電子，為N型半導(dǎo)體，故A錯(cuò)誤，B正確；CD、設(shè)載流子定向移動(dòng)的速率為v，單位體積內(nèi)含有的載流子為n，則I＝nebcv，當(dāng)兩個(gè)側(cè)面的電勢(shì)差最大時(shí)，根據(jù)平衡條件有evB＝eUHb，解得UH=BInec。所以UH大小與半導(dǎo)體樣品的長(zhǎng)度故選：B?！军c(diǎn)評(píng)】能夠?qū)懗龌魻栯妱?shì)差的表達(dá)式是解題的關(guān)鍵。6．（2024秋?濟(jì)南期末）霍爾效應(yīng)的應(yīng)用非常廣泛。如圖所示，金屬片長(zhǎng)度為a，寬度為b，厚度為h，水平放置于方向豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬片左右兩端與電動(dòng)勢(shì)為E的直流電源及滑動(dòng)變阻器R構(gòu)成閉合回路，金屬片前后MN兩端接理想電壓表V。不計(jì)電源內(nèi)阻及金屬片電阻，閉合電鍵S，下列說(shuō)法正確的是（）A．金屬片的前端M的電勢(shì)低于后端N的電勢(shì) B．僅減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B，電壓表示數(shù)增大 C．僅增大滑動(dòng)變阻器R的阻值，電壓表示數(shù)減小 D．僅增大金屬片的長(zhǎng)度a，電壓表示數(shù)減小【考點(diǎn)】霍爾效應(yīng)與霍爾元件．【專(zhuān)題】信息給予題；定性思想；推理法；帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；理解能力．【答案】C【分析】A.根據(jù)電子定向移動(dòng)的方向和左手定則判斷電子所受洛倫茲力的方向，然后判斷電勢(shì)的高低；B.當(dāng)電路穩(wěn)定后，電子所受洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡，根據(jù)平衡條件求解作答；CD.根據(jù)閉合電路的歐姆定律、電流的微觀表達(dá)式結(jié)合關(guān)系式U＝bvB分析作答。【解答】解：A.閉合開(kāi)關(guān)，霍爾元件中電子的運(yùn)動(dòng)方向與電流的方向相反，根據(jù)左手定則可知電子向金屬片的后端N聚集，因此金屬片的前端M的電勢(shì)高于后端N的電勢(shì)，故A錯(cuò)誤；B.當(dāng)電路穩(wěn)定后，電子所受洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡，根據(jù)平衡條件evB得U＝bvB因此，僅減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B，電壓表示數(shù)減小，故B錯(cuò)誤；C.根據(jù)閉合電路的歐姆定律I=ER根據(jù)電流的微觀表達(dá)式I＝nevS可知，電子定向移動(dòng)的速率減小，根據(jù)U＝bvB可知，電壓表示數(shù)減小，故C正確；D.僅增大金屬片的長(zhǎng)度a，電路中的電流不變，電子定向移動(dòng)的速率不變，根據(jù)U＝bvB可知，電壓表示數(shù)不變，故D錯(cuò)誤。故選：C?！军c(diǎn)評(píng)】本題主要考查了霍爾效應(yīng)，要明確霍爾元件的工作原理，掌握閉合電路的歐姆定律、電流的微觀表達(dá)式、洛倫茲力公式和電場(chǎng)力公式的運(yùn)用。7．（2024秋?錫山區(qū)校級(jí)期末）如圖所示，一束帶電粒子（不計(jì)重力）先以一定的初速度沿直線通過(guò)由相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B（方向垂直紙面，未畫(huà)出）和勻強(qiáng)電場(chǎng)E組成的速度選擇器，然后通過(guò)平板S上的狹縫P，進(jìn)入另一垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B′，最終打在平板S上的A1A2之間。下列正確的是（）A．粒子打在A1A2上的位置距P越近，粒子的速度越大 B．粒子打在A1A2上的位置距P越近，粒子的比荷越大 C．通過(guò)狹縫P的粒子帶負(fù)電 D．磁場(chǎng)B的方向垂直紙面向外【考點(diǎn)】速度選擇器．【專(zhuān)題】定量思想；推理法；帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；推理論證能力．【答案】B【分析】AB.根據(jù)速度選擇器工作原理列式分析速度大小，結(jié)合牛頓第二定律導(dǎo)出半徑表達(dá)式，再推導(dǎo)閉合大小關(guān)系；C.根據(jù)左手定則判斷粒子電性；D.根據(jù)平衡條件結(jié)合左手定則進(jìn)行分析解答。【解答】解：AB.能通過(guò)平板S上的狹縫P的粒子一定滿(mǎn)足qE＝qvB，則v=EB，即從狹縫P進(jìn)入磁場(chǎng)的粒子速度均相同，C錯(cuò)誤；所有打在A1A2上的粒子，在磁場(chǎng)B'中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)qvB'=mv2r，可得r=mvqB'，從狹縫C.帶電粒子在磁場(chǎng)中向左偏轉(zhuǎn)，根據(jù)左手定則，知該粒子帶正電，故C錯(cuò)誤；D.粒子經(jīng)過(guò)速度選擇器時(shí)，所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，電場(chǎng)力水平向左，則洛倫茲力水平向右，根據(jù)左手定則可知，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的方向垂直紙面向里，故D錯(cuò)誤。故選：B?！军c(diǎn)評(píng)】考查速度選擇器的工作原理和牛頓第二定律的應(yīng)用，左手定則問(wèn)題，會(huì)根據(jù)題意進(jìn)行準(zhǔn)確分析解答。二．多選題（共5小題）（多選）8．（2024秋?深圳期末）黨的二十大報(bào)告中，習(xí)近平總書(shū)記明確指出要實(shí)施科技興國(guó)戰(zhàn)略，強(qiáng)調(diào)科技是第一生產(chǎn)力，則下列關(guān)于現(xiàn)代科技前沿磁流體發(fā)電和加速度相關(guān)說(shuō)法正確的是（）A．圖甲是磁流體發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可以判斷出A板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極 B．圖甲中，穩(wěn)定時(shí)AB間形成的電場(chǎng)方向從A板指向B板 C．圖乙是回旋加速器的示意圖要使粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增大加速電壓U D．圖乙中可增加D型盒直徑來(lái)增大粒子的出射動(dòng)能【考點(diǎn)】回旋加速器；磁流體發(fā)電機(jī)．【專(zhuān)題】定性思想；推理法；帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；推理論證能力．【答案】AD【分析】AB.根據(jù)磁流體發(fā)電機(jī)原理結(jié)合左手定則進(jìn)行分析判斷；CD.根據(jù)回旋加速器的原理和最大動(dòng)能的決定因素分析解答。【解答】解：AB．圖甲是磁流體發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)左手定則可知正電荷在洛倫茲力作用下向下極板B偏轉(zhuǎn)，負(fù)電荷向上極板偏轉(zhuǎn)，穩(wěn)定時(shí)AB間形成的電場(chǎng)方向從B板指向A板，可以判斷出A板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極，故A正確，B錯(cuò)誤；CD．根據(jù)回旋加速器原理可知，要使粒子獲得的最大動(dòng)能增大需要增大D型盒直徑，增大加速電壓U只能改變加速的次數(shù)，故C錯(cuò)誤，D正確。故選：AD。【點(diǎn)評(píng)】考查磁流體發(fā)電機(jī)和回旋加速器的工作原理，會(huì)根據(jù)題意進(jìn)行準(zhǔn)確分析解答。（多選）9．（2024秋?青島期末）汽車(chē)的ABS是一種能夠防止車(chē)輪抱死的制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的傳感器主要基于霍爾效應(yīng)原理。如圖是傳感器元件的簡(jiǎn)易圖，水平放置的元件處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，長(zhǎng)、寬、高分別是a、c、h。元件內(nèi)的電子定向移動(dòng)形成恒定電流I，電流的方向向右，下列說(shuō)法正確的是（）A．電子定向移動(dòng)的方向是從右到左 B．該元件前表面的電勢(shì)高于后表面的電勢(shì) C．若增大寬度c，前后表面電勢(shì)差的絕對(duì)值增大 D．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，前后表面電勢(shì)差的絕對(duì)值增大【考點(diǎn)】霍爾效應(yīng)與霍爾元件．【專(zhuān)題】定量思想；推理法；帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；推理論證能力．【答案】ABD【分析】A.根據(jù)電流方向和電子定向移動(dòng)的方向關(guān)系進(jìn)行判斷；B.根據(jù)左手定則結(jié)合載流子的情況進(jìn)行判斷；CD.根據(jù)穩(wěn)定時(shí)滿(mǎn)足的方程推導(dǎo)電勢(shì)差的表達(dá)式，結(jié)合電流的微觀表達(dá)式進(jìn)行分析判斷?！窘獯稹拷猓篈.因?yàn)樵须娏鞣较蛳蛴?，電流是有電子的定向移?dòng)形成的，故電子定向移動(dòng)的方向是從右向左，故A正確；B.根據(jù)左手定則，載流子是電子，則電子在洛倫茲力的作用下向后表面偏轉(zhuǎn)，所以前表面電勢(shì)高于后表面電勢(shì)，故B正確；CD.穩(wěn)定時(shí)，滿(mǎn)足evB＝eUc，即U＝cvB，根據(jù)電流的微觀表達(dá)式I＝neSv＝nehcv，由于I恒定，可知cv不變，可知電勢(shì)差U不變，當(dāng)B增大時(shí)U增大，故C錯(cuò)誤，D故選：ABD?！军c(diǎn)評(píng)】考查霍爾效應(yīng)，帶電粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題，熟悉霍爾效應(yīng)的基本原理，會(huì)根據(jù)題意進(jìn)行準(zhǔn)確分析解答。（多選）10．（2024秋?青島期末）如圖為用磁場(chǎng)力輸送導(dǎo)電液體的電磁泵模型，泵體相鄰棱長(zhǎng)分別為L(zhǎng)1、L2、L3。將泵體的上下表面接在電壓為U內(nèi)阻不計(jì)的電源上，理想電流表示數(shù)為I，泵體處在垂直于前表面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，導(dǎo)電液體的電阻率為ρ。下列說(shuō)法正確的是（）A．泵體上表面應(yīng)接電源正極 B．電磁泵對(duì)導(dǎo)電液產(chǎn)生的推力大小為BIL3 C．泵體內(nèi)導(dǎo)電液體沿電流方向的電阻R＝ρL1D．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度可以提高導(dǎo)電液體的流動(dòng)速度【考點(diǎn)】霍爾效應(yīng)與霍爾元件．【專(zhuān)題】定量思想；推理法；帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；推理論證能力．【答案】BD【分析】A.根據(jù)左手定則判斷電流方向，再判斷極性；BD.根據(jù)安培力表達(dá)式進(jìn)行分析解答；C.根據(jù)電阻定律進(jìn)行分析解答?！窘獯稹拷猓篈.根據(jù)左手定則，要讓導(dǎo)電液在磁場(chǎng)中受到向右的安培力，則電流方向必須向上，故泵體上表面應(yīng)接電源負(fù)極，下表面接正極，故A錯(cuò)誤；B.電磁泵對(duì)導(dǎo)電液的推力等于安培力，根據(jù)安培力公式有F＝BIL3，故B正確；C.根據(jù)電阻定律，泵體內(nèi)沿電流方向的電阻為R＝ρL3L1D.根據(jù)安培力表達(dá)式可知，增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B可以增大安培力，更大的安培力可以提高導(dǎo)電液體的流動(dòng)速度，故D正確。故選：BD?！军c(diǎn)評(píng)】考查左手定則的應(yīng)用以及安培力的計(jì)算、電阻定律等，會(huì)根據(jù)題意進(jìn)行準(zhǔn)確分析解答。（多選）11．（2024秋?天津期末）洛倫茲力在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，如圖為磁場(chǎng)中常見(jiàn)的4種儀器，都利用了洛倫茲力對(duì)帶電粒子的作用，下列說(shuō)法正確的是（）A．甲圖中，若僅增大加速電壓，粒子離開(kāi)加速器時(shí)的動(dòng)能變大 B．乙圖中，粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越大 C．丙圖中，A極板是磁流體發(fā)電機(jī)的負(fù)極 D．丁圖中，帶貨電的粒子從左側(cè)射入，若速度v＜【考點(diǎn)】磁流體發(fā)電機(jī)；速度選擇器；與速度選擇器相結(jié)合的質(zhì)譜儀；回旋加速器．【專(zhuān)題】定量思想；推理法；帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；推理論證能力．【答案】AB【分析】由粒子離開(kāi)回旋加速器中時(shí)，速度、動(dòng)能最大，結(jié)合洛倫茲力提供向心力，可得到最大動(dòng)能表達(dá)式，分析其影響因素；粒子在質(zhì)譜儀中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由動(dòng)能定理、洛倫茲力提供向心力，可得到偏轉(zhuǎn)半徑表達(dá)式，分析比荷對(duì)偏轉(zhuǎn)半徑的影響；由左手定則，可知等離子體運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的洛倫茲力分析，分析極板電極的正負(fù)；粒子在速度選擇器中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由其運(yùn)動(dòng)方向即電磁場(chǎng)分析，可分析其受合力方向即偏轉(zhuǎn)方向。【解答】解：A、由粒子離開(kāi)回旋加速器中時(shí)，速度、動(dòng)能最大，洛倫茲力提供向心力qvmB=mvmB、粒子在質(zhì)譜儀中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由動(dòng)能定理qU=12mv2，洛倫茲力提供向心力C、由左手定則，可知等離子體中的正電荷受力向下極板B偏轉(zhuǎn)，即B為磁流體發(fā)電機(jī)的正極，故C錯(cuò)誤；D、帶負(fù)電的離子，從左側(cè)射入時(shí)，受到的洛倫茲力豎直向下，電場(chǎng)力豎直向上，若速度v＜EB故選：AB?！军c(diǎn)評(píng)】本題考查帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，關(guān)鍵是根據(jù)粒子在不同元件中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，得到其受力的關(guān)系式。（多選）12．（2024秋?太原期末）質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從容器A下方的小孔S1飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為0，然后經(jīng)過(guò)S3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D上，粒子重力不計(jì)。下列選項(xiàng)正確的是（）A．粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度v=2B．粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑為r=1C．由粒子打在底片上的圓周半徑r，可算得粒子的比荷qmD．只有電荷量、質(zhì)量均相同的粒子，才能打到照相底片上相同的地方【考點(diǎn)】與加速電場(chǎng)相結(jié)合的質(zhì)譜儀．【專(zhuān)題】定量思想；推理法；帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；推理論證能力．【答案】AC【分析】由動(dòng)能定理，可計(jì)算粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度；由洛倫茲力提供向心力，可計(jì)算粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑；由粒子打在底片上的圓周半徑，結(jié)合半徑表達(dá)式，可計(jì)算粒子的比荷；由半徑表達(dá)式，可知半徑相等的粒子的電荷量、質(zhì)量的特點(diǎn)?！窘獯稹拷猓篈、由動(dòng)能定理qU=12mvBCD、由洛倫茲力提供向心力qvB=mv由粒子打在底片上的圓周半徑，結(jié)合半徑表達(dá)式，可得粒子的比荷：qm=2由半徑表達(dá)式，可知比荷相等的粒子，半徑相等，粒子的電荷量、質(zhì)量不一定都相等，故BD錯(cuò)誤，C正確。故選：AC。【點(diǎn)評(píng)】本題考查質(zhì)譜儀的計(jì)算，在計(jì)算粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑時(shí)，注意速度是未知量，需代入動(dòng)能定理計(jì)算的結(jié)果。三．解答題（共3小題）13．（2024秋?海淀區(qū)期末）某種質(zhì)譜儀的工作原理如圖所示，Ⅰ區(qū)為粒子加速器；Ⅱ區(qū)為速度選擇器，在兩平行導(dǎo)體板之間有方向相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E；Ⅲ區(qū)為偏轉(zhuǎn)分離器，磁場(chǎng)的方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2。電荷量為q的粒子從電離室A中飄出（初速度不計(jì)），經(jīng)Ⅰ區(qū)電場(chǎng)加速后，該粒子通過(guò)速度選擇器并從狹縫S進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器，運(yùn)動(dòng)半個(gè)圓周后打在照相底片上的D處被吸收形成譜線，測(cè)得D到S的距離為x。（1）判斷Ⅱ區(qū)中勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向、粒子的電性；（2）求粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小v；（3）求粒子的質(zhì)量m?！究键c(diǎn)】與速度選擇器相結(jié)合的質(zhì)譜儀．【專(zhuān)題】定量思想；推理法；帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；推理論證能力．【答案】（1）Ⅱ區(qū)中勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向向左，粒子帶正電；（2）粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小v為EB（3）粒子的質(zhì)量m為qB【分析】（1）由題圖可知粒子在Ⅲ區(qū)中做圓周運(yùn)動(dòng)的速度方向，根據(jù)左手定則判斷粒子的電性。粒子在Ⅱ區(qū)的速度選擇器中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所受電場(chǎng)力與洛倫茲力等大反向，根據(jù)左手定則判斷粒子所受洛倫茲力的方向，由此可知其所受電場(chǎng)力的方向，以及Ⅱ區(qū)中勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向；（2）根據(jù)粒子在Ⅱ區(qū)的速度選擇器中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由平衡條件求得粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小；（3）確定粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑，根據(jù)洛倫茲力提供向心力求解粒子的質(zhì)量。【解答】解：（1）由題圖可知粒子在Ⅲ區(qū)的偏轉(zhuǎn)分離器中做順時(shí)針的圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)左手定則，可知粒子帶正電。粒子在Ⅱ區(qū)的速度選擇器中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所受電場(chǎng)力與洛倫茲力等大反向，根據(jù)左手定則，可知粒子所受洛倫茲力的方向向右，則其所受電場(chǎng)力的方向向左，故Ⅱ區(qū)中勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向向左。（2）粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小v就等于粒子在Ⅱ區(qū)的速度選擇器中做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度大小，由平衡條件得：qE＝qvB1解得：v=（3）易知粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為r=由洛倫茲力提供向心力得：qvB2=聯(lián)立解得：m=答：（1）Ⅱ區(qū)中勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向向左，粒子帶正電；（2）粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小v為EB（3）粒子的質(zhì)量m為qB【點(diǎn)評(píng)】本題考查了速度選擇器、質(zhì)譜儀的工作原理。考查了帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，基礎(chǔ)題目。掌握左手定則的應(yīng)用，以及速度選擇器、質(zhì)譜儀的工作原理。14．（2024秋?杭州期末）質(zhì)譜儀的工作原理簡(jiǎn)化如圖所示，由線狀離子源S、粒子加速器和偏轉(zhuǎn)分離器組成。已知：從離子源S釋放一定速率的正離子，加速電壓為U；x軸上方存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B；離子被加速后，從坐標(biāo)原點(diǎn)O處以速率v進(jìn)入磁場(chǎng)，在xOy平面內(nèi)分布在y軸兩側(cè)各為θ的范圍內(nèi)。在x軸上放置長(zhǎng)度為0.4L的離子收集板，其右端點(diǎn)坐標(biāo)為（2L，0），沿y軸正方向入射的離子，恰好打在收集板的右端點(diǎn)。整個(gè)裝置處于真空中，離子不計(jì)重力，不考慮離子間的碰撞，忽略離子間的相互作用。（sin53°＝0.8，cos53°＝0.6）（1）求離子的比荷qm和離子從離子源釋放時(shí)的初速度大小v0（2）若發(fā)射的離子被收集板全部收集，求θ的最大值；（3）若在x軸的上方添加沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，勻強(qiáng)電場(chǎng)大小E＝vB，從原點(diǎn)O進(jìn)入與y軸成θ＝16°斜向右的某一離子，當(dāng)離子動(dòng)能最大時(shí)，求該離子的速度大小vmax及所在的位置到x軸的距離y1。（結(jié)果可保留三角函數(shù)）【考點(diǎn)】與加速電場(chǎng)相結(jié)合的質(zhì)譜儀；帶電粒子在直線邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)．【答案】（1）.離子的比荷qm和離子從離子源釋放時(shí)的初速度大小v（2）.發(fā)射的離子被收集板全部收集時(shí)θ＝37°；（3）.當(dāng)圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)至速度向右時(shí)，離子速度最大vmax＝2.2v，所在的位置到x軸的距離y1【分析】明確質(zhì)譜儀的構(gòu)造和工作原理。它是由加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)接而成，在電場(chǎng)中加速后進(jìn)入磁場(chǎng)，進(jìn)而在磁場(chǎng)中作半圓運(yùn)動(dòng)，在加速電場(chǎng)中用動(dòng)能定理qU＝mv2﹣解決末速度，再偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中做半圓運(yùn)動(dòng)的半徑r=mvqB，時(shí)間為t【解答】解：（1）.設(shè)離子電量為q，質(zhì)量為m，由題意知：離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R＝L，由qvB=mv2L可得qm（2）.當(dāng)離子入射角最大時(shí)，剛好打在收集板的左側(cè)：x＝1.6Lx＝2Rcosθ，解得cosθ＝0.8，θ＝37°（3）.將分解成沿x軸向右的v和與x軸負(fù)方向成53°的v1離子可視為水平向右的勻速直線運(yùn)動(dòng)與速率為v1的勻速圓周運(yùn)動(dòng)v1＝2vsin37°=圓周運(yùn)動(dòng)的半徑：R1=mv1答：（1）.離子的比荷qm和離子從離子源釋放時(shí)的初速度大小v（2）.發(fā)射的離子被收集板全部收集時(shí)θ＝37°；（3）.當(dāng)圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)至速度向右時(shí)，離子速度最大vmax＝2.2v，所在的位置到x軸的距離y1【點(diǎn)評(píng)】從關(guān)鍵詞中找突破口：許多臨界問(wèn)題，題干中常用“恰好”、“最大”、“至少”、“不相撞”、“不脫離”等詞語(yǔ)對(duì)臨界狀態(tài)給以暗示．審題時(shí)，一定要抓住這些特定的詞語(yǔ)挖掘其隱藏的規(guī)律，找出臨界條件．15．（2024秋?通州區(qū)期末）MM50是新一代三維適形和精確調(diào)強(qiáng)的放射治療尖端設(shè)備，其核心技術(shù)之一是多級(jí)能量跑道回旋加速器，其工作原理如圖所示。兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ、Ⅱ的邊界平行，相距為L(zhǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向垂直紙面向外。下方兩條橫向虛線之間的區(qū)域存在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)（兩條橫向虛線之間的區(qū)域?qū)挾群苷?，可忽略不?jì)），方向與磁場(chǎng)邊界垂直。某一質(zhì)量為m、電荷量為﹣e的電子從P端飄入電場(chǎng)（初速度忽略不計(jì)），經(jīng)過(guò)多次的電場(chǎng)加速和磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后，電子從位于邊界上的出射口C處向左射出磁場(chǎng)并被收集。已知C、Q之間的距離為d，勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，電子的重力不計(jì)，不考慮相對(duì)論效應(yīng)。求：（1）該電子第一次加速至Q端時(shí)速度的大小v1；（2）該電子從P端飄入電場(chǎng)到第一次回到P端的過(guò)程中所用的時(shí)間t；（3）為適應(yīng)不同深度和類(lèi)型的放射治療需求，MM50設(shè)備在出射口C處收集的高能電子的動(dòng)能大小需要在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。有同學(xué)認(rèn)為，在其他條件不變的情況下，可以通過(guò)只調(diào)節(jié)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小或只調(diào)節(jié)兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域邊界的距離L來(lái)實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)你判斷該同學(xué)的說(shuō)法是否正確，并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。【考點(diǎn)】回旋加速器；帶電粒子在恒定的電場(chǎng)中做加速（或減速）運(yùn)動(dòng)．【專(zhuān)題】定量思想；推理法；帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專(zhuān)題；分析綜合能力．【答案】（1）該電子第一次加速至Q端時(shí)速度的大小為2eEL（2）該電子從P端飄入電場(chǎng)到第一次回到P端的過(guò)程中所用的時(shí)間t為3mL（3）該同學(xué)的說(shuō)法不正確，理由見(jiàn)解析?！痉治觥浚?）由動(dòng)能定理求該電子第一次加速至Q端時(shí)速度的大小v1；（2）由牛頓第二定律和位移與時(shí)間的關(guān)系求該電子從P端飄入電場(chǎng)到第一次回到P端的過(guò)程中所用的時(shí)間t；（3）由洛倫茲力充當(dāng)向心力求出從C處出射的電子動(dòng)能即可判斷是否正確?！窘獯稹拷猓海?）第一次加速，由動(dòng)能定理得eEL=解得v1（2）電子在加速電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)可看作初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律可得Ee＝ma電子在電場(chǎng)中加速了1次，可得其運(yùn)動(dòng)的總路程為s＝L根據(jù)位移與時(shí)間的關(guān)系可得s=聯(lián)立以上各式解得t1電子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T=電子從P點(diǎn)第一次加速至回到P點(diǎn)過(guò)程中，其在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2無(wú)場(chǎng)區(qū)運(yùn)動(dòng)時(shí)間t3電子從P點(diǎn)第一次加速至回到P點(diǎn)所用時(shí)間t＝t1+t2+t3解得t=3mL2電子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力充當(dāng)向心力有Bev=可得R=當(dāng)該電子從C處以最大速度vm射出時(shí)，最后一次做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑不能變，即d2由此可知，從C處出射的電子動(dòng)能Ek該值與勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E和兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域邊界的距離L無(wú)關(guān)，所以該同學(xué)說(shuō)法不正確。答：（1）該電子第一次加速至Q端時(shí)速度的大小為2eEL（2）該電子從P端飄入電場(chǎng)到第一次回到P端的過(guò)程中所用的時(shí)間t為3mL（3）該同學(xué)的說(shuō)法不正確，理由見(jiàn)解析。【點(diǎn)評(píng)】本題考查帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，要求學(xué)生熟練掌握帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，熟練應(yīng)用對(duì)應(yīng)的規(guī)律解題。

考點(diǎn)卡片1．帶電粒子在恒定的電場(chǎng)中做加速（或減速）運(yùn)動(dòng)【知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)】1.運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：利用電場(chǎng)使帶電粒子加速時(shí)，帶電粒子的速度方向與電場(chǎng)強(qiáng)度的方向相同或相反。2.帶電粒子的分類(lèi)及受力特點(diǎn)（1）電子、質(zhì)子、α粒子、離子等基本粒子，一般都不考慮重力。（2）質(zhì)量較大的微粒：帶電小球，帶電油滴、帶電顆粒等，除有說(shuō)明或有明確的暗示外，處理問(wèn)題時(shí)一般都不能忽略重力。3.分析帶電粒子在靜電力作用下加速運(yùn)動(dòng)的兩種方法（1）利用牛頓第二定律F＝ma和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，只能分析帶電粒子的勻變速運(yùn)動(dòng)。（2》利用動(dòng)能定理：qU=12mv2-【命題方向】如圖所示，一個(gè)質(zhì)子以初速度v0＝5×106m/s射入一個(gè)由兩塊帶電的平行金屬板組成的區(qū)域．兩板距離為20cm，金屬板之間是勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為3×105V/m．質(zhì)子質(zhì)量為m＝1.67×10﹣27kg，電荷量為q＝1.60×10﹣19C．試求（1）質(zhì)子由板上小孔射出時(shí)的速度大??；（2）質(zhì)子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間．分析：（1）質(zhì)子射入電場(chǎng)后，只有電場(chǎng)力做功，根據(jù)動(dòng)能定理列式求解即可（2）因做勻加速，則由時(shí)間等于位移除以平均速度，則運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=L解答：（1）根據(jù)動(dòng)能定理得：eEd=12mv2-代入數(shù)據(jù)：得v＝6×106m/s（2）t=Lv0+v2．=答：（1）質(zhì)子由板上小孔射出時(shí)的速度大小為6×106m/s（2）質(zhì)子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為3.6×10﹣8s點(diǎn)評(píng)：求速度時(shí)動(dòng)能定理是常用的規(guī)律，要理解并掌握動(dòng)能定理的內(nèi)容、公式，并能靈活應(yīng)用，求時(shí)間用平均速度公式．【解題思路點(diǎn)撥】對(duì)于帶電粒子在電場(chǎng)中的加速問(wèn)題，可以用從牛頓第二定律的角度出發(fā)，也可以從動(dòng)能定理的角度出發(fā)求解。2．帶電粒子在直線邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)】1.帶電粒子在直線邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的兩種情形（1）直線邊界（2）平行邊界2.帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的常用幾何關(guān)系（1）四個(gè)點(diǎn)：分別是入射點(diǎn)、出射點(diǎn)、軌跡圓心和入射速度直線與出射速度直線的交點(diǎn)．（2）三個(gè)角：速度偏轉(zhuǎn)角、圓心角、弦切角，其中偏轉(zhuǎn)角等于圓心角，也等于弦切角的2倍．3.常見(jiàn)的解題思路（1）圓心的確定①由兩點(diǎn)和兩線確定圓心，畫(huà)出帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡．確定帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡上的兩個(gè)特殊點(diǎn)（一般是射入和射出磁場(chǎng)時(shí)的兩點(diǎn)），過(guò)這兩點(diǎn)作帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向的垂線（這兩垂線即為粒子在這兩點(diǎn)所受洛倫茲力的方向），則兩垂線的交點(diǎn)就是圓心，如圖（a）所示．②若只已知過(guò)其中一個(gè)點(diǎn)的粒子運(yùn)動(dòng)方向，則除過(guò)已知運(yùn)動(dòng)方向的該點(diǎn)作垂線外，還要將這兩點(diǎn)相連作弦，再作弦的中垂線，兩垂線交點(diǎn)就是圓心，如圖（b）所示．③若只已知一個(gè)點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)方向，也知另外某時(shí)刻的速度方向，但不確定該速度方向所在的點(diǎn)，如圖（c）所示，此時(shí)要將其中一速度的延長(zhǎng)線與另一速度的反向延長(zhǎng)線相交成一角（∠PAM），畫(huà)出該角的角平分線，它與已知點(diǎn)的速度的垂線交于一點(diǎn)O，該點(diǎn)就是圓心．（2）半徑的確定方法一：由物理方程求：半徑R=mv方法二：由幾何方程求：一般由數(shù)學(xué)知識(shí)（勾股定理、三角函數(shù)等）計(jì)算來(lái)確定．（3）時(shí)間的確定由t=θ2πT確定通過(guò)某段圓弧所用的時(shí)間，其中【命題方向】如圖所示，粒子a、b以相同的動(dòng)能同時(shí)從O點(diǎn)射入寬度為d的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩粒子的入射方向與磁場(chǎng)邊界的夾角分別為30°和60°，且同時(shí)到達(dá)P點(diǎn)，OP垂直于磁場(chǎng)邊界。a、b兩粒子的質(zhì)量之比為（）A、1：2B、2：1C、3：4D、4：3分析：求解本題的關(guān)鍵是畫(huà)出來(lái)粒子的軌跡圖，并確定圓心、求出半徑和圓心角，然后根據(jù)動(dòng)能相等的條件以及相等的運(yùn)動(dòng)時(shí)間并結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)公式聯(lián)立即可求解。解答：根據(jù)題意畫(huà)出a、b粒子的軌跡如圖所示，則a、b粒子的圓心分別是O1和O2，設(shè)磁場(chǎng)寬度為d，由圖可知，粒子a的半徑ra=d2sin60°=d3a粒子軌跡長(zhǎng)度為sa=2×60b粒子的軌跡長(zhǎng)度為sb=2×30又有：va=sa解得：v由12mava2=12故選：C。點(diǎn)評(píng)：求解有關(guān)帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的關(guān)鍵是畫(huà)出軌跡圖，并根據(jù)幾何知識(shí)確定圓心求出半徑和圓心角，再結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)的有關(guān)規(guī)律聯(lián)立即可求解。【解題思路點(diǎn)撥】由于帶電粒子往往是在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，粒子在磁場(chǎng)中只運(yùn)動(dòng)一段圓弧就飛出磁場(chǎng)邊界，其軌跡不是完整的圓，因此，此類(lèi)問(wèn)題往往要根據(jù)帶電粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡作相關(guān)圖去尋找?guī)缀侮P(guān)系，分析臨界條件，然后應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)和相應(yīng)物理規(guī)律分析求解．（1）兩種思路①以定理、定律為依據(jù)，首先求出所研究問(wèn)題的一般規(guī)律和一般解的形式，然后再分析、討論臨界條件下的特殊規(guī)律和特殊解；②直接分析、討論臨界狀態(tài)，找出臨界條件，從而通過(guò)臨界條件求出臨界值．（2）兩種方法物理方法：①利用臨界條件求極值；②利用問(wèn)題的邊界條件求極值；③利用矢量圖求極值．?dāng)?shù)學(xué)方法：①利用三角函數(shù)求極值；②利用二次方程的判別式求極值；③利用不等式的性質(zhì)求極值；④利用圖象法等．（3）從關(guān)鍵詞中找突破口：許多臨界問(wèn)題，題干中常用“恰好”、“最大”、“至少”、“不相撞”、“不脫離”等詞語(yǔ)對(duì)臨界狀態(tài)給以暗示．審題時(shí)，一定要抓住這些特定的詞語(yǔ)挖掘其隱藏的規(guī)律，找出臨界條件．3．速度選擇器【知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)】1.速度選擇器的原理圖如下：2.特點(diǎn)：粒子勻速垂直穿過(guò)正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，根據(jù)qvB＝qE，可得粒子的速度必為v=E【命題方向】如圖所示為一速度選擇器，內(nèi)有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一束粒子流以速度v水平射入，為使粒子流經(jīng)磁場(chǎng)時(shí)不偏轉(zhuǎn)（不計(jì)重力），則磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)必須同時(shí)存在一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，關(guān)于這處電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小和方向的說(shuō)法中，正確的是（）A.大小為BvB.大小為BvC.大小為Bv，方向向下，與粒子帶何種電荷無(wú)關(guān)D.大小為Bv，方向向上，與粒子帶何種電荷無(wú)關(guān)分析：首先根據(jù)粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，可判斷粒子的電場(chǎng)力和洛倫茲力相等，即可得知電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系。再分別假設(shè)粒子帶正電或負(fù)電，可知電場(chǎng)的方向，并發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)的方向與電性無(wú)關(guān)。解答：為使粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，粒子所受到電場(chǎng)力和洛倫茲力是平衡力，即為qvB＝qE，所以電場(chǎng)與磁場(chǎng)的關(guān)系為：E＝vB，所以選項(xiàng)AB錯(cuò)誤。假設(shè)粒子帶正電，則受到向下的洛倫茲力，則電場(chǎng)力就應(yīng)向上，電場(chǎng)向上；若粒子帶負(fù)電，洛倫茲力向上，電場(chǎng)力向下，電場(chǎng)仍然向上。所以電場(chǎng)力的方向始終向上，與粒子的電性無(wú)關(guān)。選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確。故選：D。點(diǎn)評(píng)：在速度選擇器中，粒子的受力特點(diǎn)：同時(shí)受到方向相反的電場(chǎng)力和洛倫茲力作用；粒子能勻速通過(guò)選擇器的條件：電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，即qvB＝qE，v=EB【解題思路點(diǎn)撥】速度選擇器的解題出發(fā)點(diǎn)在于受力平衡，粒子想要從做直線運(yùn)動(dòng)則必然有洛倫茲力等于電場(chǎng)力，即qvB＝qE。4．與加速電場(chǎng)相結(jié)合的質(zhì)譜儀【知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)】本考點(diǎn)旨在針對(duì)粒子先經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)加速再進(jìn)入質(zhì)譜儀的情況。1.質(zhì)譜儀示意圖如下2.質(zhì)譜儀的作用：分析粒子的性質(zhì)，測(cè)定粒子的質(zhì)量，研究同位素。3.質(zhì)譜儀例的相關(guān)參數(shù)：（1）加速電場(chǎng)中：qU=1（2）偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中：Bqv=m（3）軌跡半徑：R=1（4）照相底片上間距；d＝2ΔR?！久}方向】質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖所示．離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束（速度可看作為零），經(jīng)加速電場(chǎng)（加速電場(chǎng)極板間的距離為d、電勢(shì)差為U）加速，然后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最后到達(dá)記錄它的照相底片P上．設(shè)離子在P上的位置與入口處S1之間的距離為x．（1）求該離子的荷質(zhì)比qm（2）若離子源產(chǎn)生的是帶電量為q、質(zhì)量為m1和m2的同位素離子（m1＞m2），它們分別到達(dá)照相底片上的P1、P2位置（圖中未畫(huà)出），求P1、P2間的距離Δx．分析：（1）根據(jù)粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑，通過(guò)半徑公式求出粒子的速度，再根據(jù)動(dòng)能定理得出粒子的比荷．（2）根據(jù)動(dòng)能定理、半徑公式求出粒子打到照相機(jī)底片上位置與入口處的距離，從而求出P1、P2間的距離Δx．解答：（1）離子在電場(chǎng)中加速，由動(dòng)能定理得：qU=12mv2離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律得：qBv＝mv2由①②式可得：q（2）由①②式可得粒子m1在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑是r1，則：r對(duì)離子m2，同理得：r∴照相底片上P1、P2間的距離：Δx＝2（r1﹣r2）=2答：（1）求該離子的荷質(zhì)比qm（2）P1、P2間的距離Δx=2點(diǎn)評(píng)：本題考查了帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，結(jié)合牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式綜合求解．【解題思路點(diǎn)撥】明確質(zhì)譜儀的構(gòu)造和工作原理。它是由加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)接而成，在電場(chǎng)中加速后進(jìn)入磁場(chǎng)，進(jìn)而在磁場(chǎng)中作半圓運(yùn)動(dòng)，在加速電場(chǎng)中用動(dòng)能定理qU=12mv2-12mv05．與速度選擇器相結(jié)合的質(zhì)譜儀【知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)】本考點(diǎn)旨在針對(duì)粒子先經(jīng)過(guò)速度選擇器再進(jìn)入質(zhì)譜儀的情況。1.質(zhì)譜儀示意圖如下2.質(zhì)譜儀的作用：分析粒子的性質(zhì)，測(cè)定粒子的質(zhì)量，研究同位素。3.質(zhì)譜儀例的相關(guān)參數(shù)：（1）加速電場(chǎng)中：qU=1（2）偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中：Bqv=m（3）軌跡半徑：R=1（4）照相底片上間距；d＝2ΔR。【命題方向】如圖是質(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)。下列表述不正確的是（）A、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)方向垂直紙面向外C、能通過(guò)的狹縫P的帶電粒子的速率等于ED、能通過(guò)的狹縫P的帶電粒子的速率等于E分析：帶電粒子經(jīng)加速后進(jìn)入速度選擇器，速度為v=EB粒子可通過(guò)選擇器，然后進(jìn)入B0，打在解答：A、進(jìn)入B0的粒子滿(mǎn)足qm=vB0B、假設(shè)粒子帶正電，則受電場(chǎng)力向右，由左手定則可判斷磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，故B正確；C、由qE＝qvB，得v=EB，此時(shí)離子受力平衡，可沿直線穿過(guò)選擇器，故D、由qm=vB0故選：D。點(diǎn)評(píng)：質(zhì)譜儀工作原理應(yīng)采取分段分析的方法，即粒子加速階段，速度選擇階段，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)階段?！窘忸}思路點(diǎn)撥】明確質(zhì)譜儀的構(gòu)造和工作原理。它是由加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)接而成，在電場(chǎng)中加速后進(jìn)入磁場(chǎng)，進(jìn)而在磁場(chǎng)中作半圓運(yùn)動(dòng)，在加速電場(chǎng)中用動(dòng)能定理qU=12mv2-12mv06．回旋加速器【知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)】1.回旋加速器示意圖如下：2.回旋加速器的原理：用磁場(chǎng)控制軌道、用電場(chǎng)進(jìn)行加速。D1和D2是兩個(gè)中空的半圓金屬盒，它們之間有一定的電勢(shì)差U，盒內(nèi)部空間由于靜電平衡無(wú)電場(chǎng)，電壓U在兩盒之間的縫隙處產(chǎn)生加速電場(chǎng)。盒中心A處的粒子源產(chǎn)生的帶電粒子，在兩盒之間被電場(chǎng)加速。兩個(gè)半圓盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)使粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從而使粒子在縫隙處被加速后再回到縫隙處再被加速。兩盒間的交變電勢(shì)差一次一次地改變正負(fù)，保證粒子每次都能被加速。【命題方向】回旋加速器是用來(lái)加速帶電粒子的裝置，如圖為回旋加速器的示意圖。D1、D2是兩個(gè)中空的鋁制半圓形金屬扁盒，在兩個(gè)D形盒正中間開(kāi)有一條狹縫，兩個(gè)D形盒接在高頻交流電源上。在D1盒中心A處有粒子源，產(chǎn)生的帶正電粒子在兩盒之間被電場(chǎng)加速后進(jìn)入D2盒中。兩個(gè)D形盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，帶電粒子在磁場(chǎng)力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)半個(gè)圓周后，再次到達(dá)兩盒間的狹縫，控制交流電源電壓的周期，保證帶電粒子經(jīng)過(guò)狹縫時(shí)再次被加速。如此，粒子在做圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中一次一次地經(jīng)過(guò)狹縫，一次一次地被加速，速度越來(lái)越大，運(yùn)動(dòng)半徑也越來(lái)越大，最后到達(dá)D形盒的邊緣，沿切線方向以最大速度被導(dǎo)出。已知帶電粒子的電荷量為q，質(zhì)量為m，加速時(shí)狹縫間電壓大小恒為U，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形盒的半徑為R，狹縫之間的距離為d。設(shè)從粒子源產(chǎn)生的帶電粒子的初速度為零，不計(jì)粒子受到的重力，求：（1）帶電粒子能被加速的最大動(dòng)能Ek；（2）帶電粒子在D2盒中第n個(gè)半圓的半徑；（3）若帶電粒子束從回旋加速器輸出時(shí)形成的等效電流為I，求從回旋加速器輸出的帶電粒子的平均功率P。分析：（1）根據(jù)qvB＝mv2R知，當(dāng)R最大時(shí)，速度最大，求出最大速度，根據(jù)EK=1（2）粒子被加速一次所獲得的能量為qU，求出第n次加速后的動(dòng)能EKn=12mvn2（3）根據(jù)電流的定義式I=Qt和Q＝Nq以及P解答：（1）粒子在D形盒內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑達(dá)到最大時(shí)被引出，具有最大動(dòng)能。設(shè)此時(shí)的速度為v，有：qvB＝mv2R可得粒子的最大動(dòng)能Ek=12mv（2）粒子被加速一次所獲得的能量為qU，粒子在D2盒中被第2n﹣1次加速后的動(dòng)能為EKn=12mvn2=q因此第n個(gè)半圓的半徑Rn=1（3）帶電粒子質(zhì)量為m，電荷量為q，帶電粒子離開(kāi)加速器時(shí)速度大小為v，由牛頓第二定律知：qvB＝mv2R帶電粒子運(yùn)動(dòng)的回旋周期為：T=2由回旋加速器工作原理可知，交變電源的頻率與帶電粒子回旋頻率相同，由周期T與頻率f的關(guān)系可得：f=1設(shè)在t時(shí)間內(nèi)離開(kāi)加速器的帶電粒子數(shù)為N，則帶電粒子束從回旋加速器輸出時(shí)的平均功率P＝N12輸出時(shí)帶電粒子束的等效電流為：I=Nqt由上述各式得P=答：（1）帶電粒子能被加速的最大動(dòng)能q2（2）帶電粒子在D2盒中第n個(gè)半圓的半徑1Bq（3）若帶電粒子束從回旋加速器輸出時(shí)形成的等效電流為I，求從回旋加速器輸出的帶電粒子的平均功率B2點(diǎn)評(píng)：解決本題的關(guān)鍵知道回旋加速器利用磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)和電場(chǎng)加速實(shí)現(xiàn)加速粒子，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期和交流電的周期相等，注意第3問(wèn)題，建立正確的物理模型是解題的關(guān)鍵?！窘忸}思路點(diǎn)撥】明確回旋加速器的構(gòu)造和工作原理。它是由加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)接而成，在電場(chǎng)中加速后進(jìn)入磁場(chǎng)，進(jìn)而在磁場(chǎng)中作半圓運(yùn)動(dòng)，在加速電場(chǎng)中用動(dòng)能定理qU=12mv2-12mv07．霍爾效應(yīng)與霍爾元件【知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)】一、霍爾效應(yīng)1．霍爾效應(yīng)：置于磁場(chǎng)中的載流體，如果電流方向與磁場(chǎng)方向垂直，則垂直于電流和磁場(chǎng)方向會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加的橫向電場(chǎng)，這個(gè)現(xiàn)象是霍普金斯大學(xué)研究生霍爾于1879年發(fā)現(xiàn)的，后被稱(chēng)為霍爾效應(yīng)．霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)，所以可以用高中物理中的電磁學(xué)、力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等有關(guān)知識(shí)來(lái)進(jìn)行解釋?zhuān)魻栃?yīng)原理的應(yīng)用常見(jiàn)的有：霍爾元件、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)、磁強(qiáng)計(jì)等．【命題方向】利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件，廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域。如圖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)面會(huì)形成電勢(shì)差UCD，下列說(shuō)法中正確的是（）A.電勢(shì)差UCD僅與材料有關(guān)B.若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢(shì)差UCD＜0C.僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，電勢(shì)差UCD變大D.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)保持水平分析：在霍爾元件中，移動(dòng)的是自由電子，根據(jù)左手定則判斷出電子所受洛倫茲力方向，從而知道兩側(cè)面所帶電荷的電性，即可知道C、D兩側(cè)面會(huì)形成電勢(shì)差UCD的正負(fù)。CD間存在電勢(shì)差，之間就存在電場(chǎng)，電子在電場(chǎng)力和洛倫茲力作用下處于平衡，根據(jù)平衡推導(dǎo)出電勢(shì)差UCD與什么因素有關(guān)。解答：A、根據(jù)左手定則，電子向C側(cè)面