專題強(qiáng)化十九洛倫茲力與現(xiàn)代科技第十章磁場(chǎng)匯報(bào)日期學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解質(zhì)譜儀和回旋加速器的原理，并能解決相關(guān)問題。2.會(huì)分析電場(chǎng)和磁場(chǎng)疊加的幾種實(shí)例。匯報(bào)日期研透核心考點(diǎn)提升素養(yǎng)能力0102單擊此處添加標(biāo)題單擊此處添加文本目錄C單擊此處添加標(biāo)題單擊此處添加文本CONTENTS0102考點(diǎn)二回旋加速器考點(diǎn)三電場(chǎng)與磁場(chǎng)疊加的應(yīng)用實(shí)例單擊此處添加文本研透核心考點(diǎn)C考點(diǎn)一質(zhì)譜儀單擊此處添加文本ONTENTS考點(diǎn)一質(zhì)譜儀圖1例1

某一質(zhì)譜儀原理如圖2所示，區(qū)域Ⅰ為粒子加速器，加速電壓為U1；區(qū)域Ⅱ?yàn)樗俣冗x擇器，磁場(chǎng)與電場(chǎng)正交，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，板間距離為d；區(qū)域Ⅲ為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2。一質(zhì)量為m、電荷量為＋q的粒子初速度為0，經(jīng)粒子加速器加速后，該粒子恰能沿直線通過速度選擇器，由O點(diǎn)沿垂直于邊界MN的方向進(jìn)入分離器后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，打在P點(diǎn)上。忽略粒子所受重力，求：圖2(1)粒子進(jìn)入速度選擇器的速度v；(2)速度選擇器的兩極板間電壓U2；解析粒子經(jīng)過速度選擇器過程，由平衡條件有(3)O、P之間的距離。A圖31.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?？键c(diǎn)二回旋加速器圖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)過一次D形盒縫隙，粒子就被加速一次。C圖5C2.(2023·廣東卷，5)某小型醫(yī)用回旋加速器，最大回旋半徑為0.5m，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為1.12T，質(zhì)子加速后獲得的最大動(dòng)能為1.5×107eV。根據(jù)給出的數(shù)據(jù)，可計(jì)算質(zhì)子經(jīng)該回旋加速器加速后的最大速率約為(忽略相對(duì)論效應(yīng)，1eV＝1.6×10－19J)(

) A.3.6×106

m/s B.1.2×107m/s C.5.4×107m/s D.2.4×108m/s考點(diǎn)三電場(chǎng)與磁場(chǎng)疊加的應(yīng)用實(shí)例角度速度選擇器1.平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相垂直(如圖6)。圖6C例3

(2024·廣東廣州模擬)如圖7所示，M、N為速度選擇器的上、下兩個(gè)帶電極板，兩極板間有勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)。勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E、方向由M板指向N板，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里。速度選擇器左右兩側(cè)各有一個(gè)小孔P、Q，連線PQ與兩極板平行。某種帶電微粒以速度v從P孔沿PQ連線射入速度選擇器，從Q孔射出。不計(jì)微粒重力，下列判斷正確的是(

)圖71.原理：如圖8所示，等離子體噴入磁場(chǎng)，正、負(fù)離子在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而聚集在B、A板上，產(chǎn)生電勢(shì)差，它把離子的動(dòng)能通過磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為電能。角度磁流體發(fā)電機(jī)圖82.電源正、負(fù)極判斷：根據(jù)左手定則可判斷出圖中的B是發(fā)電機(jī)的正極。BD圖9例4

(多選)磁流體發(fā)電機(jī)的原理示意圖如圖9所示，平行金屬板A、B之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng)，將爆轟驅(qū)動(dòng)獲得的高速等離子體沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁場(chǎng)，則金屬板A、B間便產(chǎn)生強(qiáng)電壓。已知A、B板間距為d，板間磁場(chǎng)可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，以速率v進(jìn)入磁場(chǎng)的等離子流截面積為S，穩(wěn)定工作時(shí)，進(jìn)、出極板的離子流單位體積內(nèi)正、負(fù)離子的個(gè)數(shù)均為n，正、負(fù)離子電荷量均為q，外電路接電阻R形成閉合回路獲得強(qiáng)電流，則(

)角度電磁流量計(jì)圖10D例5

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、右兩端開口與排污管相連，如圖11所示。在垂直于上、下底面加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在空腔前、后兩個(gè)側(cè)面上各有長(zhǎng)為a的相互平行且正對(duì)的電極M和N，M和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。下列說法中正確的是(

)A.M板比N板電勢(shì)高B.污水中離子濃度越高，則電流表的示數(shù)越小C.污水流量大小，對(duì)電流表的示數(shù)無影響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)也增大圖11角度霍爾元件1.霍爾效應(yīng)與霍爾元件高為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)象稱為霍爾效應(yīng)，此電壓稱為霍爾電壓。2.電勢(shì)高低的判斷：如圖12，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。圖12D例6

(2023·1月浙江選考，8)某興趣小組設(shè)計(jì)的測(cè)量大電流的裝置如圖13所示，通有電流I的螺繞環(huán)在霍爾元件處產(chǎn)生的磁場(chǎng)B＝k1I，通有待測(cè)電流I′的直導(dǎo)線ab垂直穿過螺繞環(huán)中心，在霍爾元件處產(chǎn)生的磁場(chǎng)B′＝k2I′。調(diào)節(jié)電阻R，當(dāng)電流表示數(shù)為I0時(shí)，元件輸出霍爾電壓UH為零，則待測(cè)電流I′的方向和大小分別為(

)圖13提升素養(yǎng)能力01AD對(duì)點(diǎn)練1質(zhì)譜儀1.(多選)(2024·山東青島二中月考)如圖1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的半徑為R，通道內(nèi)有均勻輻向電場(chǎng)，在中心線處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁分析器內(nèi)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的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿中心線通過靜電分析器，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，下列說法正確的是(

)A級(jí)基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練圖1A.極板M比極板N的電勢(shì)高B.加速電場(chǎng)的電壓U＝ERD.若一群粒子從靜止開始經(jīng)過題述過程都落在膠片上的同一點(diǎn)，則該群粒子具有相同的比荷D2.(2024·山東濟(jì)南高三期末)利用質(zhì)譜儀可以測(cè)量帶電粒子的比荷，如圖2所示為一種質(zhì)譜儀的原理示意圖。某帶電粒子從容器A下方的小孔飄入加速電場(chǎng)(其初速度可視為零)，之后自O(shè)點(diǎn)垂直磁場(chǎng)邊界進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后打到照相底片上的P點(diǎn)，粒子重力不計(jì)。此過程中，比荷越大的帶電粒子(

)A.進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度越小

B.在加速電場(chǎng)中的加速時(shí)間越長(zhǎng)C.在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)

D.在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑越小圖2AC對(duì)點(diǎn)練2回旋加速器3.(多選)如圖3甲是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，并分別與高頻電源相連。帶電粒子從靜止開始運(yùn)動(dòng)的速率v隨時(shí)間t變化如圖乙所示，已知tn時(shí)刻粒子恰射出回旋加速器，不考慮相對(duì)論效應(yīng)、粒子所受的重力和穿過狹縫的時(shí)間，下列判斷正確的是(

)圖3B圖4AC5.(多選)如圖5所示的流量計(jì)，測(cè)量管由絕緣材料制成，其長(zhǎng)為L(zhǎng)、直徑為D，左右兩端開口，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直向下，在前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)面a、c固定有金屬板作為電極。污水充滿管口從左向右流經(jīng)測(cè)量管時(shí)，顯示儀器顯示a、c兩端電壓為U，污水流量為Q(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積)。則(

)圖5A.a側(cè)電勢(shì)比c側(cè)電勢(shì)高B.污水中離子濃度越高，U的示數(shù)將越大C.若污水從右側(cè)流入測(cè)量管，顯示器顯示為負(fù)值，再將磁場(chǎng)反向則顯示為正值D.污水流量Q與U成正比，與L、D無關(guān)AC6.(多選)(2024·內(nèi)蒙古赤峰模擬)“海流發(fā)電機(jī)”的工作原理如圖6所示，用絕緣防腐材料制成一個(gè)橫截面為矩形的管道，在管道上、下兩個(gè)表面裝有防腐導(dǎo)電板M、N，板長(zhǎng)為a、寬為b(未標(biāo)出)，兩板間距為d，將管道沿著海水流動(dòng)方向固定于海水中，將航標(biāo)燈L與兩導(dǎo)電板M和N連接，加上垂直于管道前后面向后的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，海水流動(dòng)方向向右，海水流動(dòng)速率為v，已知海水的電阻率為ρ，航標(biāo)燈電阻不變且為R。則下列說法正確的是(

)圖6D7.(2024·河南新鄉(xiāng)高三聯(lián)考)霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，用以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化。某半導(dǎo)體材料制成的霍爾元件如圖7所示，長(zhǎng)方體元件處于方向垂直于工作面向下的待測(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，接通開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R，使電路中電流為定值I，此時(shí)在元件的前后表面間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差(稱為霍爾電壓)，用電壓表測(cè)出前后表面M、N(圖中未標(biāo)出)間電勢(shì)差UH的大小，即可求出該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。UH的大小與I和B滿足UH＝kHIB，kH稱為霍爾元件靈敏度，kH越大，靈敏度越高。已知元件長(zhǎng)為a，寬為b，高為h。下列說法正確的是(

)圖7A.表面M電勢(shì)高，說明半導(dǎo)體材料中的載流子(參與導(dǎo)電部分)帶負(fù)電B.霍爾電壓UH越大，說明磁感應(yīng)強(qiáng)度越大C.元件的寬度b越大，霍爾元件的靈敏度越高D.元件的高度h越小，霍爾元件的靈敏度越高BB級(jí)綜合提升練8.如圖8為一種改進(jìn)后的回旋加速器示意圖，其中盒縫間的加速電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小恒定，且被限制在AC板間，虛線中間不需加電場(chǎng)，帶電粒子從P0處以速度v0沿電場(chǎng)線方向射入加速電場(chǎng)，經(jīng)加速后再進(jìn)入D形盒中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，對(duì)這種改進(jìn)后的回旋加速器，下列說法正確的是(

)圖8A.加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸無關(guān)B.帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速一次C.帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周P1P2等于P2P3D.加速電場(chǎng)方向需要做周期性的變化B9.(2021·河北卷，5)如圖9，距離為d的兩平行金屬板P、Q之間有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1，一束速度大小為v的等離子體垂直于磁場(chǎng)噴入板間。相距為L(zhǎng)的兩光滑平行金屬導(dǎo)軌固定在與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2，導(dǎo)軌平面與水平面夾角為θ，兩導(dǎo)軌分別與P、Q相連。質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放置，恰好靜止。重力加速度為g，不計(jì)導(dǎo)軌電阻、板間電阻和等離子體中的粒子重力。下列說法正確的是(

)圖9C10.(2024·四川成都模擬)當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過導(dǎo)體時(shí)，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一附加電場(chǎng)，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差(也稱霍爾電勢(shì)差)，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)。現(xiàn)有一金屬導(dǎo)體霍爾元件連在如圖10所示電路中，電源內(nèi)阻不計(jì)，電動(dòng)勢(shì)恒定，霍爾電勢(shì)差穩(wěn)定后，下列說法正確的是(

)