專題六 帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的科技應(yīng)用-2025屆高三物理一輪復(fù)習(xí)

高考物理總復(fù)習(xí)課件第十章

磁場專題六帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的科技應(yīng)用突破1速度選擇器1.平行板中電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相垂直.(如圖Z6-1)圖Z6-12.帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qvB＝3.速度選擇器只能選擇粒子的速度，不能選擇粒子的電性、電荷量、質(zhì)量.4.速度選擇器具有單向性.

【典題1】(2022

年廣東大灣區(qū)模擬)如圖Z6-2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(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場.勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為E、方向由M板指向N板，勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里.速度選擇器左右兩側(cè)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(jì)微粒重力，下列判斷正確的是()圖Z6-2B.勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為A.帶電微粒一定帶正電vEC.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(yùn)動

解析：若帶電微粒帶正電，則受到的洛倫茲力向上，電場力向下，若微粒帶負(fù)電，受到的洛倫茲力向下，電場力向上，若洛倫茲力等于電場力，微粒沿PQ運(yùn)動，因此微?？梢詭д娨部梢詭ж?fù)電，A錯誤.對微粒受力射入，受到的洛倫茲力和電場力均向上，若帶電微粒帶正電，從Q孔沿QP連線射入，受到的洛倫茲力和電場力均向下，不可能做直線運(yùn)動，不能從P孔射出，C正確.若將該帶電微粒以2v的速度從P孔沿PQ連線射入后，洛倫茲力大于電場力，微粒做曲線運(yùn)動，由于洛倫茲力是變力，不可能做類平拋運(yùn)動，D錯誤.答案：C突破2質(zhì)譜儀1.構(gòu)造：如圖Z6-3所示，由粒子源、加速電場、偏轉(zhuǎn)磁場和照相底片等構(gòu)成.圖Z6-3

2.原理：粒子由靜止在加速電場中被加速，根據(jù)動能定理可得

由以上兩式可得出需要研究的物理量，如粒子軌道半徑、粒子質(zhì)量、比荷.

【典題2】(2023

年廣東深圳一模)質(zhì)譜儀可以用來分析同位素.如圖Z6-4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(jìn)入勻強(qiáng)磁場，分別打到M、N兩點(diǎn)，距離S3分別為x1、x2.則分別打到M、N的原子核質(zhì)量之比為()圖Z6-4

答案：C突破3回旋加速器1.構(gòu)造：如圖Z6-5所示，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒處于勻強(qiáng)磁場中，D形盒的縫隙處接交流電源.圖Z6-5

2.原理：交流電周期和粒子做圓周運(yùn)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.q2B2R2

2m，粒子獲得的最大動能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和盒半徑R決定，與加速電壓無關(guān).

【典題3】(2023

年廣東廣州模擬)1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器(如圖Z6-6甲所示)，其原理如圖乙所示，這臺加速器由兩個銅質(zhì)D形盒D1、D2

構(gòu)成，其間留有空隙，現(xiàn)對氚核()加速，所需的高頻電源的頻率為f，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，已知)乙元電荷為e，下列說法正確的是(

甲

圖Z6-6C.氚核的質(zhì)量為A.被加速的帶電粒子在回旋加速器中做圓周運(yùn)動的周期隨半徑增大而增大B.高頻電源的電壓越大，氚核最終射出回旋加速器的速度越大eB2πfD.在磁感應(yīng)強(qiáng)度B和頻率f不變時，該加速器也可以對氦核(

)加速可知，被加速的帶電粒子在回旋加速器解析：根據(jù)周期公式T＝2πm qB中做圓周運(yùn)動的周期與D型盒半徑大小無關(guān)，A錯誤.設(shè)D形盒的半徑為

答案：C易錯點(diǎn)撥回旋加速器加速某種粒子，必須滿足粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的周期與電場變化的周期相同，所以比荷相同的粒子可以用同一回旋加速器加速而不需要進(jìn)行任何調(diào)整.

【考點(diǎn)突破1】(2023年廣東卷)某回旋加速器，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能為1.5×107

eV.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(忽略相對論效應(yīng)，1eV＝1.6×10-19

J)()A.3.6×106

m/sC.5.4×107

m/s

B.1.2×107

m/sD.2.4×108

m/s答案：C突破4磁流體發(fā)電機(jī)

1.原理：如圖Z6-7所示，等離子氣體噴入磁場，正、負(fù)離子在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而聚集在A、B板上，產(chǎn)生電勢差，它可以把離子的動能通過磁場轉(zhuǎn)化為電能.圖Z6-72.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.則q＝qvB，即U＝Blv.

3.電源電動勢U：設(shè)A、B平行金屬板的面積為S，兩極板間的距離為l，磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，等離子氣體的電阻率為ρ，噴入氣體的速度為v，板外電阻為R.當(dāng)正、負(fù)離子所受電場力和洛倫茲力平衡時，兩極板間達(dá)到的最大電勢差為U(即電源電動勢)，Ul

【典題4】(2023

年廣東深圳二模)我國科研人員采用全新發(fā)電方式——“爆炸發(fā)電”，以滿足高耗能武器的連續(xù)發(fā)射需求.其原理如圖Z6-8所示，爆炸將惰性氣體轉(zhuǎn)化為高速等離子體，射入磁流體動力學(xué)發(fā)生器，發(fā)生器的前后有兩強(qiáng)磁極N和S，使得上下)兩金屬電極之間產(chǎn)生足夠高電壓，下列說法正確的是(

圖Z6-8A.上極板電勢比下極板電勢低B.僅使L增大，兩金屬電極間的電動勢會變大C.僅使d增大，兩金屬電極間的電動勢會變大D.僅使b增大，兩金屬電極間的電動勢會變大

解析：根據(jù)題意，由左手定則可知，正離子受向上的洛倫茲力向上偏轉(zhuǎn)，負(fù)離子受向下的洛倫茲力向下偏轉(zhuǎn)，則上極板電勢比下極板電勢高，A錯誤.當(dāng)上下兩金屬電極之間產(chǎn)生足夠高電壓L和b無關(guān)，與d有關(guān)，且僅使d增大，兩金屬電極間的電動勢會變大，B、D錯誤，C正確.答案：C突破5電磁流量計(jì)1.流量(Q)的定義：單位時間流過導(dǎo)管某一截面的導(dǎo)電液體的體積.2.公式：Q＝Sv；S為導(dǎo)管的橫截面積，v是導(dǎo)電液體的流速.3.導(dǎo)電液體的流速(v)的計(jì)算.

如圖Z6-9所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體向右流動.導(dǎo)電液體中的自由電荷(正、負(fù)離子)在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使a、b間出現(xiàn)電勢差，當(dāng)自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時，a、b間的電勢差U達(dá)到最大，圖Z6-9＝4.流量的表達(dá)式：Q＝Sv＝πd2

U

πdU

·. 4Bd4B5.電勢高低的判斷：根據(jù)左手定則可得φa>φb.不計(jì)，下列說法不正確的是()

【典題5】如圖

Z6-10所示，一即插式電磁流量計(jì)的圓管道(用非磁性材料做成)置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.05T的勻強(qiáng)磁場中，污水充滿圓管，向左流動，穩(wěn)定時測得管壁上下a、b兩點(diǎn)間的電壓為U＝10mV，已知管道的半徑為R＝0.2m，a、b連線，管道軸線和勻強(qiáng)磁場的方向三者相互垂直，污水中的正負(fù)離子的重力忽略...圖Z6-10A.a點(diǎn)的電勢高于b點(diǎn)的電勢B.水流的速度為0.5m/sC.單位時間內(nèi)流過管道橫截面的水的體積為0.2πm3/s

D.若測得一段管道左右兩側(cè)管口需施加的壓強(qiáng)差為Δp＝1×104

Pa才能保證水流穩(wěn)定，則這段管道對水的阻力為Ff＝400πN

解析：由左手定則可知正離子受到洛倫茲力向上偏，負(fù)離子受到洛倫茲力向下偏，當(dāng)電場力和洛倫茲力平衡時，出現(xiàn)穩(wěn)定的電B正確.單位時間內(nèi)流過管道橫截面的水的體積為Q＝Sv＝πR2v＝π×0.22×0.5m3/s＝0.02πm3/s，C錯誤.水勻速流過受力平衡，即

答案：C

突破6霍爾元件

1.定義：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B中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體時，在導(dǎo)體的上表面A和下表面A′之間產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，此電壓稱為霍爾電壓. 2.電勢高低的判斷：如圖Z6-11，導(dǎo)體中的電流I向右時，根據(jù)左手定則可得，若自由電荷是電子，則下表面A′的電勢高.若自由電荷是正電荷，則下表面A′的電勢低.圖Z6-11

3.霍爾電壓的計(jì)算：導(dǎo)體中的自由電荷(電子)在洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn)，A、A′間出現(xiàn)電勢差，當(dāng)自由電荷所受電場力和洛倫茲力

【典題6】(2023

年浙江卷)某興趣小組設(shè)計(jì)的測量大電流的裝置如圖Z6-12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(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B′＝k2I′.調(diào)節(jié)電阻R，當(dāng)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()圖Z6-12

解析：根據(jù)安培定則可知螺繞環(huán)在霍爾元件處產(chǎn)生的磁場方向豎直向下，則要使元件輸出霍爾電壓UH

為零，直導(dǎo)線ab在霍爾元件處產(chǎn)生的磁場方向應(yīng)豎直向上，根據(jù)安培定則可知待測電流I′的方向應(yīng)該是b→a；元件輸出霍爾電壓UH

為零，則霍爾元件答案：D

【考點(diǎn)突破2】(多選)一長方體電阻率為ρ的載流P型半導(dǎo)體(載流子為空穴正電荷)，長、寬、厚分別為a、b、c，其中a>b>c，置于勻強(qiáng)磁場B中，方向垂直于P型半導(dǎo)體上表面，現(xiàn)將金屬板用圖Z6-13甲、乙兩種方式接到內(nèi)阻可不計(jì)的電源兩端，合上開關(guān)后在P型半導(dǎo)體前后表面(即Ⅰ、Ⅱ面)將產(chǎn)生電勢差.已知電流I與空穴正電荷定向移動的速率v關(guān)系為I＝nqvS(n為P型半導(dǎo)體單位體積內(nèi)的空穴正電荷個數(shù)，q為空穴正電荷的