資源簡介

(共42張PPT)
高考物理總復習課件
第十章 　磁場
專題六 帶電粒子在復合場中
運動的科技應用
突破 1 速度選擇器
1.平行板中電場強度 E 和磁感應強度 B 互相垂直.(如圖 Z6-1)
圖 Z6-1
2.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、質量.
4.速度選擇器具有單向性.
【典題 1】(2022 年廣東大灣區模擬)如圖 Z6-2 所示，M、N
為速度選擇器的上、下兩個帶電極板，兩極板間有勻強電場和勻
強磁場.勻強電場的場強大小為 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(
)
圖 Z6-2
B.勻強磁場的磁感應強度大小為
A.帶電微粒一定帶正電
v
E
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
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 運動，因此微粒可以帶正電也可以帶負電，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，微粒做曲線運動，由于洛倫茲力是變力，不可能做類
平拋運動，D 錯誤.
答案：C
突破 2 質譜儀
1.構造：如圖 Z6-3 所示，由粒子源、加速電場、偏轉磁場和
照相底片等構成.
圖 Z6-3
2.原理：粒子由靜止在加速電場中被加速，根據動能定理可得
由以上兩式可得出需要研究的物理量，如粒子軌道半徑、粒
子質量、比荷.
【典題 2】(2023 年廣東深圳一模)質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，經小孔 S3 垂直進入勻強磁場，
分別打到 M、N 兩點，距離 S3 分別為 x1、x2.則分
別打到 M、N 的原子核質量之比為(
)
圖 Z6-4
答案：C
突破 3 回旋加速器
1.構造：如圖 Z6-5 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.
圖 Z6-5
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強度 B 和盒半徑 R 決定，
與加速電壓無關.
【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 D 形盒 D1、D2 構成，其間留有空隙，現對氚
核( )加速，所需的高頻電源的頻率為 f，磁感應強度為 B，已知
)
乙
元電荷為 e，下列說法正確的是(
甲
圖 Z6-6
C.氚核的質量為
A.被加速的帶電粒子在回旋加速器中做圓周運動的周期隨半
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
eB
2πf
D.在磁感應強度 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：根據周期公式 T＝
2πm
qB
中做圓周運動的周期與 D 型盒半徑大小無關，A 錯誤.設 D 形盒的半徑為
答案：C
易錯點撥
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行任何調整.
【考點突破 1】(2023 年廣東卷)某回旋加速器，最大回旋半徑
為 0.5 m，磁感應強度大小為 1.12 T，質子加速后獲得的最大動能
為 1.5×107 eV.根據給出的數據，可計算質子經該回旋加速器加速
后的最大速率約為(忽略相對論效應，1 eV＝1.6×10-19 J)(
)
A.3.6×106 m/s
C.5.4×107 m/s
B.1.2×107 m/s
D.2.4×108 m/s
答案：C
突破 4 磁流體發電機
1.原理：如圖 Z6-7 所示，等離子氣體噴入磁場，正、負離子
在洛倫茲力的作用下發生偏轉而聚集在 A、B 板上，產生電勢差，
它可以把離子的動能通過磁場轉化為電能.
圖 Z6-7
2.電源正、負極判斷：根據左手定則可判斷出圖中的 B 是發
電機的正極.
則 q ＝qvB，即 U＝Blv.
3.電源電動勢 U：設 A、B 平行金屬板的面積為 S，兩極板間
的距離為 l，磁場磁感應強度為 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.當正、負離子所受電場力和洛
倫茲力平衡時，兩極板間達到的最大電勢差為 U(即電源電動勢)，
U
l
【典題 4】(2023 年廣東深圳二模)我國科研人員采用全新發電
方式——“爆炸發電”，以滿足高耗能武器的連續發射需求.其原
理如圖 Z6-8 所示，爆炸將惰性氣體轉化為高速等離子體，射入磁
流體動力學發生器，發生器的前后有兩強磁極 N 和 S，使得上下
)
兩金屬電極之間產生足夠高電壓，下列說法正確的是(
圖 Z6-8
A.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：根據題意，由左手定則可知，正離子受向上的洛倫茲
力向上偏轉，負離子受向下的洛倫茲力向下偏轉，則上極板電勢
比下極板電勢高，A 錯誤.當上下兩金屬電極之間產生足夠高電壓
L 和 b 無關，與 d 有關，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
1.流量(Q)的定義：單位時間流過導管某一截面的導電液體的
體積.
2.公式：Q＝Sv；S 為導管的橫截面積，v 是導電液體的流速.
3.導電液體的流速(v)的計算.
如圖 Z6-9 所示，一圓形導管直徑為 d，用非磁性材料制成，
其中有可以導電的液體向右流動.導電液體中的自由電荷(正、負離
子)在洛倫茲力作用下發生偏轉，使 a、b 間出現電勢差，當自由電
荷所受電場力和洛倫茲力平衡時，a、b 間的電勢差 U 達到最大，
圖 Z6-9
＝
4.流量的表達式：Q＝Sv＝
πd2 U πdU
· .
4 Bd 4B
5.電勢高低的判斷：根據左手定則可得 φa>φb.
不計，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的圓管道(用
非磁性材料做成)置于磁感應強度 B＝0.05 T 的勻強磁場中，污水
充滿圓管，向左流動，穩定時測得管壁上下 a、b 兩點間的電壓為
U＝10 mV，已知管道的半徑為 R＝0.2 m，a、b 連線，管道軸線
和勻強磁場的方向三者相互垂直，污水中的正負離子的重力忽略
. . .
圖 Z6-10
A.a 點的電勢高于 b 點的電勢
B.水流的速度為 0.5 m/s
C.單位時間內流過管道橫截面的水的體積為 0.2π m3/s
D.若測得一段管道左右兩側管口需施加的壓強差為Δp＝1×
104 Pa 才能保證水流穩定，則這段管道對水的阻力為 Ff＝400π N
解析：由左手定則可知正離子受到洛倫茲力向上偏，負離子
受到洛倫茲力向下偏，當電場力和洛倫茲力平衡時，出現穩定的電
B 正確.單位時間內流過管道橫截面的水的體積為 Q＝Sv＝πR2v＝
π×0.22×0.5 m3/s＝0.02π m3/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 的導體(自由電荷是電子或正電荷)置
于勻強磁場 B 中，當電流通過導體時，在導體的上表面 A 和下表
面 A′之間產生電勢差，這種現象稱為霍爾效應，此電壓稱為霍爾
電壓.
2.電勢高低的判斷：如圖 Z6-11，導體中的電
流 I 向右時，根據左手定則可得，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.霍爾電壓的計算：導體中的自由電荷(電子)在洛倫茲力作用
下偏轉，A、A′間出現電勢差，當自由電荷所受電場力和洛倫茲力
【典題 6】(2023 年浙江卷)某興趣小組設計的測量大電流的裝
置如圖 Z6-12 所示，通有電流 I 的螺繞環在霍爾元件處產生的磁場
B＝k1I，通有待測電流 I′的直導線 ab 垂直穿過螺繞環中心，在霍
爾元件處產生的磁場 B′＝k2I′.調節電阻 R，當電流表示數為 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：根據安培定則可知螺繞環在霍爾元件處產生的磁場方
向豎直向下，則要使元件輸出霍爾電壓 UH 為零，直導線 ab 在霍
爾元件處產生的磁場方向應豎直向上，根據安培定則可知待測電
流 I′的方向應該是 b→a；元件輸出霍爾電壓 UH 為零，則霍爾元件
答案：D
【考點突破 2】(多選)一長方體電阻率為 ρ 的載流 P 型半導體
(載流子為空穴正電荷)，長、寬、厚分別為 a、b、c，其中 a>b>c，
置于勻強磁場 B 中，方向垂直于 P 型半導體上表面，現將金屬板
用圖 Z6-13 甲、乙兩種方式接到內阻可不計的電源兩端，合上開
關后在 P 型半導體前后表面(即Ⅰ、Ⅱ面)將產生電勢差.已知電流 I
與空穴正電荷定向移動的速率 v 關系為 I＝nqvS(n 為 P 型半導體單
位體積內的空穴正電荷個數，q 為空穴正電荷的電荷量，S 為導體
的橫截面積).則 P 型半導體(
)
甲
乙
圖 Z6-13
A.圖甲、乙前后表面電勢差相等
B.圖甲前后表面電勢差小于圖乙
C.圖甲、乙的連接方式均為后表面電勢較高
D.圖甲中前表面電勢高，圖乙中后表面電勢高
B 正確.半導體中的載流子為空穴正電荷，空穴正電荷的定向移動
方向與電流方向相同，由左手定則可知，圖甲與圖乙兩種情況連
接方式空穴正電荷所受洛倫茲力方向相同，空穴正電荷向后表面
偏轉，兩種情況下都是后表面電勢高，故 C 正確，D 錯誤.
答案：BC
謝謝
21世紀教育網（www.21cnjy.com)
中小學教育資源網站
兼職招聘：
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/admin

展開更多......

收起↑