高考物理课下限时集训 第4讲 带电粒子在复合场中运动的应用实例

高考物理课下限时集训 第4讲 带电粒子在复合场中运动的应用实例内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 课下限时集训(时间：40 分钟满分：100 分)一、选择题(本题共 7 小题，每小题 8 分，共 56 分)1在翻盖手机中，经常用霍尔元件来控制翻盖时开启或关闭运行程序。 如图 1 是霍尔元件示意图，磁场方向垂直于霍尔元件工作面，通入图示方向的电流 I，端会形成电势差 列说法正确的是 ()图 1A电势差 霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差 C仅增大 M、N 间的宽度，电势差 过控制磁感应强度可以改变电势差 流是电荷定向运动形成的，电荷在磁场中运动由于受到洛伦兹力作用而发生偏转，在 M、N 间形成电压，同时电荷又受到 M、N 间电压形成的电场作用，当q ， 2、U d 为霍尔元件宽度，v 为电荷定向移动速度，与霍尔元件的材此 尔元件的材料及形状有关，故 A 错误；由左手定则可知，若载流子是电子，则电子向 N 端偏移，U ，故 B 正确；由 q 知， 正确。 2(2012安徽名校模拟)磁流体发电机可以把气体的内能直接转化为电能，是一种低碳环保发电机，有着广泛的发展前景，其发电原理示意图如图 2 所示，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，整体上呈电中性)喷射入磁感应强度为 场区域有两块面积为 S、相距为 d 的平行金属板与外电阻 R 相连构成一电路。 设气流的速度为 v，气体的电导率(电阻率的倒数)为 g，则()图 2A两板间的电 3、势差为 U板是电源的正极，上板是电源的负极光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 流经 R 的电流为 I经 R 的电流为 I D磁流体发电机电动势 E路闭合，由于电源有内阻，则两板间电压 U ，A 、B 错，B 2；因周期为 T ，运行时间为 ，所以 a 运动的时间小于 b 运动的时间，C 错。 224(2012湖南怀化检测)如图 4 所示，长方体发电导管的前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极，两极间距为 d，极板面积为 S，这两个电极与可变电阻R 相连。 在垂直前后侧面的方向上，有一匀强磁场，磁感应强度大小为 B。 发电导管内有电阻率为 的高温电离气体，气体以速度 v 向右流动 4、，并通过专用管道导出。 由于运动的电离气体受到磁场的作用，将产生大小不变的电动势(设电阻定律适用于此物理过程)。 不计离子间相互作用及气体流动时的阻力，则可变电阻 R 消耗电功率的最大值为()光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ：选 B发电导管上下两个侧面产生的电动势 E电导管内部的电阻 r，当外电阻 Rr 时，可变电阻 R 消耗的功率最大，所以 P( )2R ，B 正确。 R r 2013河南洛阳四校联考) 如图 5 甲所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D 形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连。 带电粒子在磁场中运动的动能 时间 t 的变化规律如图乙 5、所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断中正确的是()图 5A高频电源的变化周期应该等于 tnt n1B在 Ekt 图中应有 t4t 3t 3t 2t 2t 1C粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大D不同粒子获得的最大动能都相同解析：选 B由图可知粒子在单个 D 形盒内运动的时间为 tnt n1 ，在磁场中粒子运动的周期与速度无关，B 正确；交流电源的周期为 2( )，A 错误；由 r 知当粒子 形盒半径时加速过程就结束了，粒子的动能 ，即粒子的动能 错误；粒子的最大动能还与粒子的质量和电荷量有关，D 错误。 6医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。 电磁 6、血流计由一对电极 a 和 b 以及磁极 N 和 S 构成，磁极间的磁场是均匀的。 使用时，两电极 a、 ，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图 6 所示。 由于血液中的正负离子随血液一起在磁场中运动，电极 a、b 之间会有微小电势差。 在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。 在某次监测中，两触点间的距离为 3.0 管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 V，磁感应强度的大小为。 则血流速度的近似值和电极 a、b 的正负为( )图 6A1.3 m/s，a 正、b 负 B2.7 m/s，a 正、b 负C1.3 m/s ，a 负、b 正 7、D2.7 m/ s，a 负、b 正解析：选 A由于正负离子在匀强磁场中垂直于磁场方向运动，利用左手定则可以判断：a 电极带正电，b 电极带负电，选项 C、D 错误；血液流动速度可根据离子所受的电场力和洛伦兹力的合力为 0，即 v 1.3 m/s，选项 A 正确，B 错误。 从血库里取血，为避免感染，都是利用电磁泵从血库里向外抽。 如图 7 为一个电磁泵的结构图，长方形导管的前后表面绝缘，上下表面为导体，管长为L，厚为 b，宽为 a，内壁光滑。 将导管放在垂直前后表面向里的匀强磁场中，由于充满导管的血浆中带有正负离子，将上下表面和电源接通，干路中的电流强度为 I，导管的左右两侧便会产生压强差，从而将血 8、浆抽出。 若血浆的电阻率为 ，所加电源电动势为 E，内阻为 r，匀强磁场的磁感应强度为 B，则()图 7A此装置中血浆的等效电阻为 R装置中血浆受的安培力大小为 F装置中血浆受的安培力大小为 F右两侧的压强差为 p 流从上到下流过血浆时，长为 b 的血浆等效电阻为 R ，A 对；长 错，C 对；由压强公式得 p ，D 错。 选择题(本题共 2 小题，共 44 分)8(22 分)1932 年，劳伦斯和利文斯顿设计出了回旋加速器。 回旋加速器的工作原理如图 8 所示，置于高真空中的 D 形金属盒半径为 R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计，磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直，A 处粒 9、子源产生的粒子，质量为 m，电荷量为q，在加速器中被加速，加速电压为 U。 加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。 (1)求粒子第 2 次和第 1 次经过两 D 形盒间狭缝后轨道半径之比；(2)求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间 t；(3)实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制。 若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为 Bm、f m，试讨论粒子能获得的最大动能 8解析：(1)设粒子第 1 次经过狭缝后的半径为 度为 有B1 1子第 2 次经过狭缝后的半径 1r21。 2(2)设粒子到出口处被加速了 2 ，所以 t)加速电场的频率应等于粒子在磁场中做圆周运动的频率，即 f 10、，加速电场的频率应为 k f 子的最大动能由 kmf 子的最大动能由 2221) 1(2) (3)见解析222 分) 利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。 如图 9 甲，将一金属或半导体薄片垂直置于磁场 B 中，在薄片的两个侧面 a、b 间通以电流 I 时，另外两侧 c、f 间产生电势差，这一现象称为霍尔效应。 其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是 c、f 间建立起电场 时产生霍尔电势差 电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，E H 和 到稳定值，U H 的大小与 I 和 B 以及霍尔元件厚度 d 之间满足关系式 H ，其中比例系数 为霍 11、尔系与材料性质有关。 图 9(1)设半导体薄片的宽度(c 、f 间距)为 l，请写出 关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图甲中 c、f 哪端的电势高；(2)已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为 n，电子的电荷量为 e，请导出霍尔系数 表达式。 (通过横截面积 S 的电流 I中 v 是导电电子定向移动的平均速光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 )；(3)图乙是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着 m 个永磁体，相邻永磁体的极性相反。 霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。 当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图象如图丙所示。 a若在时间 t 内，霍尔元件输出的脉冲数目为 P，请导出圆盘转速 N 的表达式。 b利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。 除此之外，请你展开“智慧的翅膀” ，提出另一个实例或设想。 解析：(1)U HE Hl；c 端电势高。 (2)由 HU H E Hne H )尔元件输出的脉冲数目为 P，则 P出的实例或设想合理即可。 答案：(1)U HE Hl；c 端电势高(2)R H (3) b略1mt。