素養(yǎng)提升20⇒洛倫茲力與現(xiàn)代科技

5/5洛倫茲力與現(xiàn)代科技題型一電磁組合場中的各類儀器質(zhì)譜儀1.作用測量帶電粒子質(zhì)量和分離同位素的儀器。2.原理（如圖所示）（1）加速電場：qU＝12mv2（2）偏轉(zhuǎn)磁場：qvB＝mv2r，l＝2r，由以上兩式可得r＝1B2mUq，m＝q【例1】（2024·河南鄭州統(tǒng)考模擬預測）如圖甲所示為質(zhì)譜儀工作的原理圖，已知質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從容器A下方的小孔飄入電勢差為U的加速電場，其初速度幾乎為0，經(jīng)電場加速后，由小孔S沿著與磁場垂直的方向，進入磁感應強度為B的勻強磁場中。粒子在S點的速度與磁場邊界垂直，最后打在照相底片上的P點，且SP＝x。忽略粒子的重力，通過測量得到x與U的關系如圖乙所示，已知斜率為k＝0.5m·V－12，勻強磁場的磁感應強度B為2×10－4T，π＝3.14，則下列說法中正確的是A.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點的粒子聽課記錄回旋加速器1.構(gòu)造如圖所示，D1、D2是半圓形金屬盒，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.最大動能由qvmB＝mvm2R、Ekm＝12mvm2，得Ekm＝q24.總時間粒子在磁場中運動一個周期，被電場加速兩次，每次增加動能qU，加速次數(shù)n＝EkmqU，粒子在磁場中運動的總時間t＝n2T＝Ekm2qU【例2】回旋加速器在科學研究中得到了廣泛應用，其原理如圖所示。D1和D2是兩個中空的半圓形金屬盒，置于與盒面垂直的勻強磁場中，他們接在電壓為U、頻率為f的高頻交流電源上。已知勻強磁場的磁感應強度為B，D形盒的半徑為r。若位于D1圓心處的粒子源A處能不斷產(chǎn)生帶電荷量為q、速率為零的粒子經(jīng)過電場加速后進入磁場，當粒子被加速到最大動能后，再將他們引出。忽略粒子在電場中運動的時間，忽略相對論效應，下列說法正確的是（）A.粒子第n次被加速前后的軌道半徑之比為n∶nB.從D形盒出口引出時的速度為12πC.粒子在D形盒中加速的次數(shù)為πD.當磁感應強度變?yōu)樵瓉淼?倍，同時改變交流電頻率，該粒子從D形盒出口引出時的動能為4πfqBr2聽課記錄題型二電磁疊加場中的各類儀器電磁疊加場中的各類儀器、規(guī)律和共性裝置原理圖規(guī)律共性規(guī)律速度選擇器若qvB＝Eq，即v＝EB，穩(wěn)定平衡時電荷所受電場力和洛倫茲力平衡，即qUd＝磁流體發(fā)電機穩(wěn)定時，qUd＝qvB，U＝電磁流量計平衡時，a、b間的電勢差（U）達到最大，由qUd＝qvB，可得v＝霍爾元件平衡時，b、a間的電勢差（U）就保持穩(wěn)定，由qvB＝qUd，可得U＝速度選擇器【例3】（2024·北京東城區(qū)模擬）如圖所示，速度選擇器的兩平行導體板之間有方向互相垂直的勻強電場和勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里。一電荷量為＋q的粒子以速度v從S點進入速度選擇器后，恰能沿圖中虛線通過。不計粒子重力，下列說法可能正確的是（）A.電荷量為－q的粒子以速度v從S點進入后將向下偏轉(zhuǎn)B.電荷量為＋2q的粒子以速度v從S點進入后將做類平拋運動C.電荷量為＋q的粒子以大于v的速度從S點進入后動能將逐漸減小D.電荷量為－q的粒子以大于v的速度從S點進入后動能將逐漸增大聽課記錄磁流體發(fā)電機【例4】（2024·江蘇蘇州模擬）目前，世界上正在研究一種新型發(fā)電機叫磁流體發(fā)電機，立體圖如圖甲所示，側(cè)視圖如圖乙所示，其工作原理是燃燒室在高溫下將氣體全部電離為電子與正離子，即高溫等離子體，高溫等離子體經(jīng)噴管提速后以速度v＝1000m/s進入矩形發(fā)電通道，發(fā)電通道有垂直于噴射方向的勻強磁場（圖乙中垂直紙面向里），磁感應強度大小B0＝5T，等離子體在發(fā)電通道內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這時兩金屬薄板上就會聚集電荷，形成電勢差。已知發(fā)電通道從左向右看長L＝50cm，寬h＝20cm，高d＝20cm，等離子體的電阻率ρ＝4Ω·m，電子的電荷量e＝1.6×10－19C。不計電子和離子的重力以及微粒間的相互作用，則以下判斷正確的是（）A.發(fā)電機的電動勢為2500VB.若電流表示數(shù)為16A，則1s內(nèi)打在下極板的電子有1010個C.當外接電阻為12Ω時，電流表的示數(shù)為5AD.當外接電阻為8Ω時，發(fā)電機輸出功率最大聽課記錄電磁流量計【例5】（2024·山東淄博模擬）電磁流量計是隨著電子技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型流量測量儀表。主要有直流式和感應式兩種。如圖所示直流式電磁流量計，外加磁感應強度為B的水平勻強磁場垂直于管軸，在豎直徑向a、b處裝有兩個電極，用來測量含有大量正、負離子的液體通過磁場時所產(chǎn)生的電勢差大小U。液體的流量Q可表示為Q＝1k·UABd，其中d為管道直徑，k為修正系數(shù)，用來修正導出公式時未計及的因素（如流量計管道內(nèi)的流速并不均勻等）的影響。那么A應該為（A.恒定常數(shù) B.管道的橫截面積C.液體的流速 D.液體中單位時間內(nèi)流過某一橫截面的電荷量聽課記錄霍爾元件【例6】（2024·北京通州區(qū)模擬）磁敏元件在越來越多的電子產(chǎn)品中被使用，市場上看到的帶皮套的智能手機就是使用磁性物質(zhì)和霍爾元件等起到開關控制的，當打開皮套，磁體遠離霍爾元件，手機屏幕亮；當合上皮套，磁體靠近霍爾元件，屏幕熄滅，手機進入省電模式。如圖所示，一塊寬度為d、長為l、厚度為h的矩形半導體霍爾元件，元件內(nèi)的導電粒子是電荷量為e的自由電子，通入水平向右大小為I的電流時，當手機套合上時元件處于垂直于上表面、方向向上且磁感應強度大小為B的勻強磁場中，于是元件的前、后表面產(chǎn)生穩(wěn)定電勢差UH，以此來控制屏幕熄滅，則下列說法正確的是（）A.前表面的電勢比后表面的電勢高B.自由電子所受洛倫茲力的大小為eC.用這種霍爾元件探測某空間的磁場時，霍爾元件的擺放方向?qū)H無影響D.若該元件單位體積