簡潔實用高效第十一章磁場第4講專題強化：洛倫茲力與現(xiàn)代科技物理內(nèi)容索引熱點題型突破第一部分題型一質譜儀的原理和分析題型二回旋加速器的原理和分析0102題型三電場與磁場疊加的應用實例03課時作業(yè)第二部分熱點題型突破第分部一題型探究·能力提升題型一質譜儀的原理和分析1．作用測量帶電粒子質量和分離同位素。2．原理(如圖所示)【典例1】某一質譜儀原理如圖所示，區(qū)域Ⅰ為粒子加速器，加速電壓為U1；區(qū)域Ⅱ為速度選擇器，磁場與電場正交，磁感應強度大小為B1，板間距離為d；區(qū)域Ⅲ為偏轉分離器，磁感應強度大小為B2。一質量為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點沿垂直于邊界MN的方向進入分離器后做勻速圓周運動，打在P點。忽略粒子所受重力，求：(1)粒子進入速度選擇器的速度v；(2)速度選擇器的兩極板間電壓U2；(3)O、P之間的距離。1．

(2024·廣東深圳一模)質譜儀可以用來分析同位素。如圖所示，在容器A中有互為同位素的兩種原子核，它們可從容器A下方的小孔S1無初速度飄入加速電場，經(jīng)小孔S3垂直進入勻強磁場，分別打到M、N兩點，M、N點距離S3分別為x1、x2，則分別打到M、N的原子核質量之比為(

)對點演練C2．(多選)如圖為一種質譜儀的示意圖，由加速電場、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)為均勻輻射電場，在中心線處的電場強度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直于紙面向外。一質量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿中心線通過靜電分析器，由P點垂直邊界進入磁分析器，最終打到膠片上的Q點，不計粒子重力。下列說法正確的是(

)A．極板M比極板N的電勢高B．加速電場的電壓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，則該群粒子具有相同的比荷AD題型二回旋加速器的原理和分析1．構造如圖所示，D1、D2是兩個中空的半圓形金屬盒，D形盒處于勻強磁場中，D形盒的縫隙處接交流電源。2．原理交流電周期和粒子做圓周運動的周期相等，使粒子每經(jīng)過一次D形盒縫隙，粒子被加速一次。3．最大動能4．總時間(1)在磁場中運動的時間【典例2】回旋加速器的示意圖如圖所示。它由兩個鋁制D形金屬扁盒組成，兩個D形盒正中間開有一條狹縫；兩個D形盒處在勻強磁場中并接在高頻交變電源上。在D1盒中心A處有粒子源，它產(chǎn)生并發(fā)出帶電粒子，經(jīng)狹縫電壓加速后，進入D2盒中。在磁場力的作用下運動半個圓周后，垂直通過狹縫，再經(jīng)狹縫電壓加速；為保證粒子每次經(jīng)過狹縫都被加速，設法使交變電壓的周期與粒子在狹縫及磁場中運動的周期一致。如此周而復始，粒子速度越來越大，運動半徑也越來越大，最后到達D形盒的邊緣，以最大速度被導出。已知某粒子所帶電荷量為q，質量為m，加速時狹縫間電壓大小恒為U，磁場的磁感應強度大小為B，D形盒的半徑為R，設狹縫很窄，粒子通過狹縫的時間可以忽略不計。設該粒子從粒子源發(fā)出時的初速度為零，不計粒子重力和粒子間的相互作用力，忽略相對論效應，求：(1)交變電壓的周期T；(2)粒子被加速后獲得的最大動能Ekm。3．如圖為回旋加速器的示意圖，兩D形盒所在區(qū)域加勻強磁場，狹縫間加有交變電壓(電壓的大小恒定)，將粒子由A點靜止釋放，經(jīng)回旋加速器加速后，粒子最終從D形盒的出口引出。已知D形盒的半徑為R，粒子的質量和電荷量分別為m、q，磁感應強度大小為B，加速電壓為U(不計粒子在電場中的運動時間)，粒子在回旋加速器中運動的時間為(

)對點演練C4．如圖為一種改進后的回旋加速器示意圖，加速電場場強大小恒定，且被限制在A、C板間，虛線中間無電場，帶電粒子在P0處由靜止經(jīng)加速電場加速后進入D形盒中的勻強磁場中做勻速圓周運動，對該回旋加速器，下列說法正確的是(

)A．帶電粒子每運動一周被加速兩次B．加速粒子的最大速度與加速電場有關C．A、C板間的加速電場方向需要做周期性變化D題型三電場與磁場疊加的應用實例1．共同特點：當帶電粒子(不計重力)在復合場中做勻速直線運動時，qvB＝qE。2．常見應用實例考向1磁流體發(fā)電機【典例3】

(多選)(2024·湖北卷)磁流體發(fā)電機的原理如圖所示，MN和PQ是兩平行金屬極板，勻強磁場垂直于紙面向里。等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正、負帶電粒子)從左側以某一速度平行于極板噴入磁場，極板間便產(chǎn)生電壓。下列說法正確的是(

)A．極板MN是發(fā)電機的正極B．僅增大兩極板間的距離，極板間的電壓減小C．僅增大等離子體的噴入速率，極板間的電壓增大D.僅增大噴入等離子體的正、負帶電粒子數(shù)密度，極板間的電壓增大AC考向2速度選擇器【典例4】如圖所示，M、N為速度選擇器的上、下兩個帶電極板，兩極板間有勻強電場和勻強磁場。勻強電場的電場強度大小為E、方向由M板指向N板，勻強磁場的方向垂直紙面向里。速度選擇器左、右兩側各有一個小孔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。不計微粒重力，下列判斷正確的是(

)A．帶電微粒一定帶正電C．若將該種帶電微粒以速率v從Q孔沿QP連線射入，不能從P孔射出D．若將該帶電微粒以2v的速度從P孔沿PQ連線射入后將做類平拋運動C考向3電磁流量計【典例5】

(2024·四川成都高三診斷)為了測量某化工廠的污水排放量，技術人員在排污管末端安裝了流量計(流量Q為單位時間內(nèi)流過某截面流體的體積)。如圖所示，長方體絕緣管道的長、寬、高分別為a、b、c，左、右兩端開口，所在空間有垂直于前后面向里、磁感應強度大小為B的勻強磁場，在上、下兩個面的內(nèi)側固定有金屬板M、N，含有大量的正、負離子的污水充滿管道，從左向右勻速流動，測得M、N間電壓為U。由于污水流過管道時受到阻力f的作用，左、右兩側管口需要維持一定的壓強差。已知沿流速方向長度為L、流速為v的污水，受到的阻力f＝kLv(k為比例系數(shù))。下列說法正確的是(

)D考向4霍爾元件【典例6】

(2023·浙江1月選考)某興趣小組設計的測量大電流的裝置如圖所示，通有電流I的螺繞環(huán)在霍爾元件處產(chǎn)生的磁場B＝k1I，通有待測電流I′的直導線ab垂直穿過螺繞環(huán)中心，在霍爾元件處產(chǎn)生的磁場B′＝k2I′。調節(jié)電阻R，當電流表示數(shù)為I0時，元件輸出霍爾電壓UH為零，則待測電流I′的方向和大小分別為(

)D課時作業(yè)58第分部二1．(5分)帶正電的甲、乙、丙三個粒子(不計重力)分別以速度v甲、v乙、v丙垂直射入電場和磁場相互垂直的復合場中，其軌跡如圖所示，則下列說法正確的是(

)A．v甲＞v乙＞v丙B．v甲＜v乙＜v丙C．甲的速度可能變大D．丙的速度不一定變大A2．(5分)(多選)如圖甲所示，平板電腦機身和磁吸保護殼對應部位分別有霍爾元件和磁體。如圖乙所示，霍爾元件為一塊長、寬、高分別為a、b、c的矩形半導體，元件內(nèi)的導電粒子為自由電子，通入的電流方向向右。當保護套合上時，霍爾元件處于磁感應強度大小為B、方向垂直于上表面向下的勻強磁場中，于是元件的前、后表面間出現(xiàn)電壓，以此控制屏幕的熄滅。已知電子定向移動速率為v，則下列說法正確的是(

)A．霍爾元件前表面的電勢比后表面的高B．霍爾元件前表面的電勢比后表面的低C．霍爾元件前、后表面間的電壓U＝BbvD．霍爾元件前、后表面間的電壓U＝BavACB4．(5分)(2023·廣東卷)某小型醫(yī)用回旋加速器最大回旋半徑為0.5m，磁感應強度大小為1.12T，質子加速后獲得的最大動能為1.5×107eV。根據(jù)給出的數(shù)據(jù)，可計算質子經(jīng)該回旋加速器加速后的最大速率約為(忽略相對論效應，1eV＝1.6×10-19J)(

)A．3.6×106m/s B．1.2×107m/sC．5.4×107m/s D．2.4×108m/sC5．(5分)現(xiàn)代質譜儀可用來分析比質子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質子在入口處從靜止開始被加速電場加速，經(jīng)勻強磁場偏轉后從出口離開磁場。若某種一價正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速，為使它經(jīng)勻強磁場偏轉后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應強度增加到原來的12倍。此離子和質子的質量比約為(

)A．11

B．12C．121

D．144D6．(5分)(2025·八省聯(lián)考陜西卷)人體血管狀況及血液流速可以反映身體健康狀態(tài)。血管中的血液通常含有大量的正負離子。如圖所示，血管內(nèi)徑為d，血流速度v方向水平向右?，F(xiàn)將方向與血管橫截面平行，且垂直紙面向內(nèi)的勻強磁場施于某段血管，其磁感應強度大小恒為B，當血液的流量(單位時間內(nèi)流過管道橫截面的液體體積)一定時(

)A．血管上側電勢低，血管下側電勢高B．若血管內(nèi)徑變小，則血液流速變小C．血管上下側電勢差與血液流速無關D．血管上下側電勢差變大，說明血管內(nèi)徑變小D7．(5分)(2024·江西卷)石墨烯是一種由碳原子組成的單層二維蜂窩狀晶格結構新材料，具有豐富的電學性能。現(xiàn)設計一電路測量某二維石墨烯樣品的載流子(電子)濃度。如圖甲所示，在長為a，寬為b的石墨烯表面加一垂直向里的勻強磁場，磁感應強度大小為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I＝1.00×10-3A時，測得U－B關系圖線如圖乙所示，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．1.7×1019 B．1.7×1015C．2.3×1020 D．2.3×1016D8．(5分)(2024·四川成都高三診斷)在自行車上安裝碼表可記錄騎行情況。如圖所示，碼表由強磁體、霍爾傳感器及顯示器組成?；魻杺鞲衅鞴潭ㄔ谧孕熊嚽安嬉粋龋瑥姶朋w固定在車輪的一根輻條上。車輪半徑為R，霍爾傳感器到車軸的距離為r。強磁體每次經(jīng)過霍爾傳感器時，PQ端均輸出一次電信號，若每秒強磁體經(jīng)過n次霍爾傳感器，同時顯示器數(shù)據(jù)更新一次，則(

)CA．顯示器上的里程110.0km是指騎行的位移大小B．顯示器上自行車的速度21.8km/h是由2πnr換算得來的C．磁體如圖經(jīng)過傳感器時，導電的電子向Q端匯聚D．圖中P、Q兩端電勢的高低，與自行車車輪的轉動方向有關9．(5分)(多選)磁流體發(fā)電機又叫等離子體發(fā)電機，如圖所示，燃燒室在3000K的高溫下將氣體全部電離為電子和正離子，即高溫等離子體。高溫等離子體經(jīng)噴管提速后以1000m/s的速度進入矩形發(fā)電通道。發(fā)電通道有垂直于噴射速度方向的勻強磁場，磁感應強度大小為6T。等離子體發(fā)生偏轉，在兩極板間形成電勢差。已知發(fā)電通道長a＝50cm，寬b＝20cm，高d＝20cm，等離子體的電阻率ρ＝2Ω·m，則下列判斷正確的是(

)A．發(fā)電通道的上極板帶正電，下極板帶負電B．開關斷開時，高溫等離子體不能勻速通過發(fā)電通道C．當外接電阻為8Ω時，電流表示數(shù)為150AD．當外接電阻為4Ω時，發(fā)電機輸出功率最大ADCA．該粒子帶負電B．該粒子比荷為9×108C/kgC．該粒子在磁場中運動的時間約為1.96×10-5sD．若電壓U不變，打到Q點的粒子比荷大于打到P點的粒子11．(15分)(2024·甘肅卷)質譜儀是科學研究中的重要儀器，其原理如圖所示。Ⅰ為粒子加速器，加速電壓為U；Ⅱ為速度選擇器，勻強電場的電場強度大小為E1，方向沿紙面向下，勻強磁場的磁感應強度大小為B1，方向垂直紙面向里；Ⅲ為偏轉分離器，勻強磁場的磁感應強度大小為B2，方向垂直紙面向里。從S點釋放初速度為零的帶電粒子(不計重力)，加速后進入速度選擇器做直線運動、再由O點進入分離