高考物理专题-磁场与现代科技

　磁场与现代科技　质谱仪的原理和分析1构造如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成．2原理粒子由静止被加速电场加速，qU＝mv

2.粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝m.由以上两式可得r＝，m＝，＝.　2021·连云港期中调研改编如图所示，一束电荷量相同的带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场和匀强电场左侧极板带正电，右侧极板带负电组成的速度选择器，然后粒子通过平板S上的狭缝P进入另一匀强偏转磁场，最终打在A

1、A2上，下列说法中正确的是　　A.粒子带负电B.速度选择器中磁场方向为垂直纸面向里C.所有打在A1A2上的粒子，在匀强偏转磁场中的运动时间都相同D.粒子打在A1A2上的位置越远，粒子的质量越大例题固法1　

1.2021·南京一中如图所示，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场B和匀强电场E组成的速度选择器，然后粒子通过平板S上的狭缝P，进入另一匀强磁场B′，最终打在A1A2上．下列说法中错误的是　　A.粒子带正电B.所有打在A1A2上的粒子，在磁场B′中运动轨迹都相同C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于D.粒子打在A1A2上的位置越靠近P，粒子的比荷越大

2.如图所示为一种质谱仪的工作原理示意图，此质谱仪由以下几部分构成离子源、加速电场、静电分析器、磁分析器、收集器．静电分析器通道中心线半径为R，通道内有均匀辐射电场，在中心线处的电场强度大小为E；磁分析器中分布着方向垂直于纸面，磁感应强度为B的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行．由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子初速度为零，重力不计，经加速电场加速后进入静电分析器，沿中心线MN做匀速圆周运动，而后由P点进入磁分析器中，最终经过Q点进入收集器．下列说法中正确的是　　A.磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向内B.加速电场中的加速电压U＝ERC.磁分析器中圆心O2到Q点的距离d＝D.任何离子若能到达P点，则一定能进入收集器　回旋加速器的原理和分析1构造如图所示，D

1、D2是半圆形金属盒，“D”形盒的缝隙处接交流电源，“D”形盒处于匀强磁场中．2原理交流电源的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由qvB＝m，得Ekm＝，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和“D”形盒半径r决定，与加速电压无关．　2019·南京三模如图所示为某回旋加速器示意图，利用回旋加速器对H粒子进行加速，此时“D”形盒中的磁场的磁感应强度大小为B，“D”形盒缝隙间电场变化周期为T，加速电压为U.忽略相对论效应和粒子在“D”形盒缝隙间的运动时间，下列说法中正确的是　　A.保持B、U和T不变，该回旋加速器可以加速质子B.只增大加速电压，H粒子获得的最大动能增大C.只增大加速电压，H粒子在回旋加速器中运动的时间变短D.回旋加速器只能加速带正电的粒子，不能加速带负电的粒子例题固法2　

1.2020·广东深圳质检1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场与“D”形盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，它们接在电压为U、周期为T的交流电源上，中心A处粒子源产生的粒子飘入狭缝中由初速度为零开始加速，最后从出口处飞出．“D”形盒的半径为R，下列说法中正确的是　　A.A粒子在出口处的最大动能与加速电压U有关B.粒子在出口处的最大动能与“D”形盒的半径无关C.粒子在“D”形盒中运动的总时间与交流电源的周期T有关D.粒子在“D”形盒中运动的总时间与粒子的比荷无关

2.图甲是某回旋加速器的示意图，其核心部分是两个“D”形金属盒．“D”形盒与高频电源相连，且置于垂直于盒面的匀强磁场中．带电粒子在电场中的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列说法中正确的是　　甲乙A.在Ek－t图中有t4－t3＜t3－t2＜t2－t1B.在Ek－t图中有Ek4－Ek3＝Ek3－Ek2＝Ek2－Ek1C.若粒子加速次数越多，则射出加速器的粒子动能就越大D.若加速电压越大，则射出加速器的粒子动能就越大　速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应

1.速度选择器如图所示1平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直．这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫速度选择器．2带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE＝qvB，即v＝.

2.磁流体发电机1磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能．2根据左手定则，如图中的B是发电机正极．3磁流体发电机两极板间的距离为l，等离子体速度为v，磁场的磁感应强度为B，则由qE＝q＝qvB得两极板间能达到的最大电势差U＝Blv.

3.电磁流量计工作原理如图所示，圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷正、负离子在洛伦兹力的作用下横向偏转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，即qvB＝qE＝q，所以v＝，因此液体流量Q＝Sv＝·＝.

4.霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差，这种现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图所示．　2021·南通期中调研改编某磁流体发电机原理如图所示，等离子体高速喷射到加有强磁场的管道内，正、负离子在洛伦兹力作用下分别向A、B两金属板偏转，形成直流电源对外供电．则　　A.仅减小两板间的距离，发电机的电动势将增大B.仅增强磁感应强度，发电机的电动势将减小C.仅增加负载的阻值，发电机的输出功率将增大D.仅增大磁流体的喷射速度，发电机的总功率将增大例题固法3　

1.在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直．一带电粒子重力不计从左端以速度v沿虚线射入后做直线运动，则该粒子　　A.一定带正电B.速度v＝C.若速度v＞，粒子一定不能从板间射出D.若此粒子从右端沿虚线方向进入，仍做直线运动

2.2020·通州、海门、启东联考利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域．如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的表面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差UCD.下列说法中正确的是　　A.霍尔元件的上下表面的距离越大，UCD越大B.若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD0C.仅增大电流I时，电势差UCD不变D.如果仅将霍尔元件改为电解质溶液，其他条件不变，电势差UCD将变大。