高考物理一轮复习专题八小专题6带电粒子在复合场中运动的科技应用课件

积)，下列说法正确的是( )
图 Z6-11
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 前表面电势均比后表面电势低，且当 qvB＝Ub q 时，电荷不再偏 转，电压表示数恒定，与污水中离子浓度无关，A、B、C 错误； 由 Q＝vbc 可得 Q＝UBc，Q 与 U 成正比，与 a、b 无关，D 正确.
厂的排污管末端安装了如图 Z6-11 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
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荷数及自由运动电
荷的正负分别为( )
图 Z6-6
A.|qI|aBU，负 B.|qI|aBU，正 C.|qI|bBU，负 D.|qI|bBU，正
解析：粒子从左射入，不论带正电还是负电，电场力大小 为 qE，洛伦兹力大小 F＝qvB＝qE，并且两力方向相反，故两 个力平衡，速度 v＝EB，粒子做匀速直线运动，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，C 错误，若速度 v>EB，则粒子受到的洛伦兹 力大于电场力，使粒子偏转，只有当粒子带负电时粒子才向下 偏转，D 错误.
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
(2)原理：粒子由静止在加速电场中被加速，根据动能定理
可得关系式 qU＝12mv2.粒子在磁场中受洛伦兹力偏转，做匀速 圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式 qvB＝mvr2.
由以上两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、
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 Z6-5 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
【考点突破 2】如图 Z6-6 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
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
图 Z6-9
D.R 中有由 a 向 b 方向的电流
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，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，C 错误，D 正确.
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
图 Z6-14 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
解析：粒子在电场中加速，由动能定理得 qU＝12mv2，粒子 进入磁场，做圆周运动的半径 r＝mqBv，则 x＝2r＝B2 2mqU，可
突破 2 霍尔元件 (1)定义：高为 h、宽为 d 的导体(自由电荷是电子或正电荷) 置于匀强磁场 B 中，当电流通过导体时，在导体的上表面 A 和 下表面 A′之间产生电势差，这种现象称为霍尔效应，此电压 称为霍尔电压.
图 Z6-4
(2)电势高低的判断：如图 Z6-4，导体中的电流 I 向右时， 根据左手定则可得，若自由电荷是电子，则下表面 A′的电势 低.若自由电荷是正电荷，则下表面 A′的电势低.
答案：BC
【考点突破 3】(多选)磁流体发电机的原理示意图如图Z6-9
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
图 K6-12 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)Q＝0.16 m3/s D.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Δp＝1500 Pa 答案：CD
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， 电荷所受电场力和洛伦兹力相等，Ua q＝qvB，根据电流的微观 表达式 I＝nqvab，解得导电材料单位体积内自由运动的电荷数 n＝|qI|bBU ，C 正确，A、B、D 错误.
(4)电源内阻：r＝ρSl . (5)回路电流：I＝r＋UR.
【典题 3】(多选)磁流体发电是一项新兴技术，图 Z6-8 是 它的示意图，平行金属板 A、C 间有一很强的磁场，将一束等 离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电离子)喷入 磁场，两极板间便产生电压，现将 A、C 两极板与电阻 R 相连， 两极板间距离为 d，正对面积为 S，等离子体的电阻率为ρ，磁 感应强度为 B，等离子体以速度 v 沿垂直磁场方向射入 A、C 两板之间，则稳定时下列说法中正确的是( )
图 Z6-15 A.极板 M 比极板 N 的电势高 B.加速电场的电压 U＝ER C.直径 PQ＝2B qmER D.若一群粒子从静止开始经过题述过程都落在胶片上的同 一点，则该群粒子具有相同的比荷
(3)霍尔电压的计算：导体中的自由电荷(电子)在洛伦兹力 作用下偏转，A、A′间出现电势差，当自由电荷所受电场力和 洛伦兹力平衡时，A、A′间的电势差(U)就保持稳定，由 qvB ＝qUh ，I＝nqvS，S＝hd；联立得 U＝nBqId＝kBdI，k＝n1q称为霍尔
系数.
【典题 2】(2017 年江西南昌三校大联考)如图Z6-5 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，这种现象称为霍尔效应.下列 说法正确的是( )
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( )
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.(如图 Z6-1)
(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是 qvB＝qE，即 v＝BE.
(3)速度选择器只能选择粒子的速度，不能选择粒子的电 性、电荷量、质量.
图 Z6-8
A.极板 A 是电源的正极 B.电源的电动势为 Bdv C.极板 A、C 间电压大小为RBSd＋vSρRd D.回路中电流为BRdv
解析：等离子体喷入磁场，带正电的离子因受到向下的洛 伦兹力而向下偏转，带负电的离子向上偏转，即极板 C 是电源 的正极，A 错误；当带电离子以速度 v 做直线运动时，qvB＝qUd0， 所以电源电动势为 Bdv，B 正确；极板 A、C 间电压 U＝IR，而 I＝RB＋dvρdS＝RBSd＋vSρd，则 U＝RBSd＋vSρRd，C 正确，D 错误.
图 Z6-3
A.微粒从左向右运动，磁场方向向里 B.微粒从左向右运动，磁场方向向外 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
见增大 m、U 或减小 B、q，可使 x 增大，A、C 正确. 答案：AC
【考点突破 5】(多选)如图 Z6-15 所示为一种质谱仪的示意 图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成.若静电分析器通 道中心线的半径为 R，通道内均匀辐射电场，在中心线处的电 场强度大小为 E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁 感应强度大小为 B、方向垂直于纸面向外.一质量为 m、电荷量 为 q 的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分 析器，由 P 点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的 Q 点. 不计粒子重力.下列说法正确的是( )
答案：D
【考点突破 4】(多选，2017 年江西上饶二模)为了测量某 化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如 图 Z6-12 所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高 分别为 a＝1 m、b＝0.2 m、c＝0.2 m，左、右两端开口，在垂 直于前、后面的方向加磁感应强度为 B＝1.25 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 U＝1 V.且污水流过该装置时受到阻力作用，阻力 f＝ kLv，其中比例系数 k＝15 N·s/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( )
粒子质量、比荷.
r＝B1
2mqU，m＝q2r2UB2，mq ＝B22Ur2.