1、小专题6,带电粒子在复合场中运动的科技应用,突破 1,速度选择器(如图 Z6-1 所示),图 Z6-1(1)平行板中电场强度 E 和磁感应强度 B 互相垂直.这种装置 能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器.,【典题 1】(2017 年福建厦门质检)速度选择器的原理图如图 Z6-2 所示，已知电场强度为 E、磁感应强度为 B 并相互垂直分布，某一带电粒子(重力不计)沿图中虚线水平通过.则该带电,粒子(,),A.一定带正电,B.速度大小为,E B,C.可能沿 QP 方向运动,图 Z6-2,为 qE，洛伦兹力大小 FqvBqE，两个力平衡，速度v ，,故C错误，若速度 v ，则粒子受到
2、的洛伦兹力大于电场力，,解析：粒子从左射入，不论带正电还是负电，电场力大小,E B,粒子做匀速直线运动，故 A 错误，B 正确.此粒子从右端沿虚线方向进入，电场力与洛伦兹力在同一方向，不能做直线运动，,E B,使粒子偏转，只有当粒子带负电时粒子才向下偏转，故 D 错误.,答案：B,【考点突破 1】如图 Z6-3 所示，在平行线 MN、PQ 之间存在竖直向上的匀强电场和垂直于纸面的磁场(未画出)，磁场的磁感应强度从左到右逐渐增大.一带电微粒进入该区域时，由于受到空气阻力作用，恰好能沿水平直线 OO通过该区域.带电微粒所受的重力忽略不计，运动过程带电量不变.下列判断正确,的是(,),A.微粒从左向
3、右运动，磁场方向向里B.微粒从左向右运动，磁场方向向外,图 Z6-3,C.微粒从右向左运动，磁场方向向里D.微粒从右向左运动，磁场方向向外,解析：由微粒恰好能沿水平直线 OO通过该区域说明洛伦兹力 qvB 与电场力 qE 平衡，微粒受到空气阻力作用，速度,逐渐减小，沿运动方向磁场的磁感应强度必须逐渐增大，因此微粒从左向右运动，磁场方向向外，B 正确.,答案：B,突破 2,磁流体发电机,(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为 电能.(2)根据左手定则，图 Z6-4 中的 B 是发电机正极.图 Z6-4(3)磁流体发电机两极板间的距离为 L，等离子体速度为 v，的最大电势差 UBL
4、v.,【典题 2】(多选，2016 年河北冀州中学高三检测)磁流体 发电机可简化为如下模型：两块长、宽分别为 a、b 的平行板， 彼此相距 L，板间通入已电离的速度为 v 的气流，两板间存在 一磁感应强度大小为 B 的磁场，磁场方向与两板平行，并与气 流垂直，如图 Z6-5 所示.把两板与外电阻 R 连接起来，在磁场 力作用下，气流中的正、负离子分别向两板移动形成电流.设该,),气流的导电率(电阻率的倒数)为，则(图 Z6-5,解析：根据左手定则知正电荷向上偏，负电荷向下偏，下极板带负电，所以流过外电阻 R 的电流方向为 M 到 N.最终电荷,答案：AC,【考点突破 2】(多选)磁流体发电机的
5、原理示意图如图 Z6-6所示，金属板 M、N 正对着平行放置，且板面垂直于纸面，在两板之间接有电阻 R.在极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场.当等离子束(分别带有等量正、负电荷的离子束)从左向右进入,极板时，下列说法正确的是(,),A.N 板的电势高于 M 板的电势B.M 板的电势高于 N 板的电势C.R 中有由 b 向 a 方向的电流,D.R 中有由 a 向 b 方向的电流,图 Z6-6,解析：根据左手定则可知正电荷向上极板偏转，负电荷向下极板偏转，则 M 板的电势高于 N 板的电势，选项 A 错误，B正确；M 板相当于电源的正极，那么 R 中有由 a 向 b 方向的电流，选项 C 错误，D
6、正确.,答案：BD,突破 3,电磁流量计,工作原理：如图 Z6-7 所示，圆形导管的直径为 d，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子)，在洛伦兹力的作用下横向偏转，a、b 间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡,图 Z6-7,【典题 3】为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图 Z6-8 所示的流量计.该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为 a、b、c，左右两端开口.在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为 B 的匀强磁场，在前、后两个内侧面分别固定有金属板作为电极.污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示
7、两个电极间的电压 U.若用 Q 表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法正确的是,(,),图 Z6-8,A.若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高B.若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高C.污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D.污水流量 Q 与 U 成正比，与 a、b 无关,解析：无论污水中正离子多还是负离子多，由左手定则知转，电压表示数恒定，与污水中离子浓度无关，A、B、C 错误；,由 Qvbc 可得 Q,UcB,，Q 与 U 成正比，与 a、b 无关，D 正确.,答案：D,【考点突破 3】(多选，2017 年江西上饶二模)为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂
8、的排污管末端安装了如图 Z6-9 所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为 a1 m、b0.2 m、c0.2 m，左、右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为 B1.25 T 的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板 M、N 作为电极，污水充满装置以某一速度从左向右匀速流经该装置时，测得两个电极间的电压 U1 V.且污水流过该装置时受到阻力作用，阻力 fkLv，其中比例系数 k15 Ns/m2，L 为污水沿流速方向的长度，,v 为污水的流速.下列说法正确的是(,),图 K6-9,A.金属板 M 电势不一定高于金属板 N 的电势，因为污水中,负离子较多,B.污水中离子浓度
9、的高低对电压表的示数也有一定影响C.污水的流量(单位时间内流出的污水体积)Q0.16 m3/sD.为使污水匀速通过该装置，左、右两侧管口应施加的压,强差为p1500 Pa,答案：CD,突破 4,霍尔元件,在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差，这个现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图 Z6-10 所示.图 Z6-10,【典题 4】(2017 年江西南昌三校大联考)如图 Z6-11 所示，厚度为 h，宽度为 d 的金属导体，当磁场方向与电流方向垂直时，在导体上、下表面会产生电势差，这种现象称为霍尔
10、效应.,下列说法正确的是(,),A.上表面的电势高于下表面电势,B.仅增大 h 时，上、下表面的电势差增大,图 Z6-11,C.仅增大 d 时，上、下表面的电势差减小D.仅增大电流 I 时，上、下表面的电势差减小答案：C,，正,，正,【考点突破 4】如图 Z6-12 所示，一段长方体形导电材料， 左、右两端面的边长都为 a 和 b，内有带电荷量为 q 的某种自 由运动电荷.导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁 场中，内部磁感应强度大小为 B.当通以从左到右的稳恒电流 I 时，测得导电材料上、下表面之间的电压为 U，且上表面的电 势比下表面的低.由此可得该导电材料单位体积内自由运动电,),
11、荷数及自由运动电荷的正负分别为(图 Z6-12,A.,IB |q|aU,，负,B.,IB |q|aU,C.,IB |q|bU,，负,IB D.|q|bU,，所以 C 项正确，A、B、D 项错误.,解析：建立霍尔效应模型，根据左手定则，不管正电荷还是负电荷均应该向上偏，由于上表面的电势比下表面的电势低，说明电荷电性为负.当导电材料上、下表面之间的电压为 U 时，表达式 Inqvab，解得导电材料单位体积内自由运动的电荷数,n,IB |q|bU,答案：C,突破 5,质谱仪,(1)构造：如图 Z6-13 所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成.图 Z6-13,【典题 5】(多选)质谱仪的
12、原理如图 Z6-14 所示.从粒子源 S 出来时的粒子速度很小，可以看做初速度为零，粒子经过电场 加速后进入有界的垂直于纸面向里的匀强磁场区域，并沿着半 圆周运动而达到照相底片上的 P 点，测得 P 点到入口的距离为,x，则以下说法正确的是(,),图 Z6-14 A.仅加速电压增大，其他量不变，则 x 增大 B.仅匀强磁场增强，其他量不变，则 x 增大 C.仅粒子的质量增大，其他量不变，则 x 增大 D.仅粒子的电荷量增加，其他量不变，则 x 增大,答案：AC,【考点突破 5】如图 Z6-15 所示，左半部分为速度选择器，右半部分为匀强偏转电场.一束同位素离子流从狭缝 S1 射入速度选择器，能
13、够沿直线通过速度选择器并从狭缝 S2 射出的离子，又沿着与电场垂直的方向，立即进入电场强度大小为 E 的偏转电场，最后打在照相底片 D 上. 已知同位素离子的电荷量为q(q0)，速度选择器内部存在着相互垂直的电场强度大小为 E0的匀强电场和磁感应强度大小为 B0 的匀强磁场，照相底片 D 与狭缝 S1、S2 的连线平行且距离为 L，忽略重力的影响.,(1)求从狭缝 S2 射出的离子速度 v0 的大小.,(2)若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度 v0 方向飞行的距离为 x，求 x 与离子质量 m 之间的关系式(用 E0、B0、E、q、m、L 表示).,图 Z6-15,突破 6,回旋加速器,
14、(1)构造：如图 Z6-16 所示，D1、D2 是半圆形金属盒，D 形盒的缝隙处接交流电源.D 形盒处于匀强磁场中.图 Z6-16,子经电场加速，经磁场回旋，由 qvB,(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒,mv2r,，得 Ekm,q2B2r22m,，可,见粒子获得的最大动能由磁感应强度 B 和“D”形盒的半径 r 决定，与加速电压无关.,【典题 6】(2017 年四川绵阳高三月考)如图 Z6-17 所示，回旋加速器的核心部分是真空室中的两个相距很近的“D”形金属盒.把它们放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面向下.连接好高频交流电源后，两盒间的窄缝中能形成匀强电场，带电粒子在磁
15、场中做圆周运动，每次通过两盒间的窄缝时都能被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置引出，如果用同一回旋加,流电源的周期和引出时的最大动能，下列说法正确的是(,),A.加速氚核的交流电源的周期较大；氚核获得的最大动能较大B.加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获得的最大动能较大C.加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小D.加速氚核的交流电源的周期较小；氚,核获得的最大动能较小,图 Z6-17,答案：C,【考点突破 6】(多选)回旋加速器的工作原理图如图 Z6-18甲所示.D1 和 D2 是两个中空的半圆形金属盒，它们之间有一定的电势差，A 处的粒子源产生的带电粒子，在两盒之间被电场
16、加速.两半圆形金属盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，所以粒子在半圆形金属盒中做匀速圆周运动.若带电粒子在磁场中运动的动能 Ek 随时间 t 的变化规律如图乙所示，不计带电粒子在电场中的加速时间，不考虑由相对论效应带来的影响，下列判断,正确的是(,),甲,乙,A.在Ekt图中应该有tn1tntntn1 B.在Ekt图中应该有tn1tntntn1 C.在Ekt图中应该有En1EnEnEn1 D.在Ekt图中应该有En1EnEnEn1,图 Z6-18,解析：根据带电粒子在匀强磁场中运动的周期与速度无关可知，在 Ekt 图中应该有 tn1tntntn1，选项 A 正确，B 错误；由于带电粒子在电场中加速，电场力做功相等，所以在 Ekt图中应该有 En1EnEnEn1，选项 C 正确，D 错误.,答案：AC,
