2019版高考物理一輪復(fù)習(xí)第十一章磁場(chǎng)第4講帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用檢測(cè)284126.doc

第4講帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)鞏固1.(2017北京東城一模,18)如圖所示是磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖,兩平行金屬板P、Q之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng)。一束等離子體(即高溫下電離的氣體,含有大量正、負(fù)帶電粒子)沿垂直于磁場(chǎng)的方向噴入磁場(chǎng)。把P、Q與電阻R相連接。下列說(shuō)法正確的是()A.Q板的電勢(shì)高于P板的電勢(shì)B.R中有由b向a方向的電流C.若只改變磁場(chǎng)強(qiáng)弱,R中電流保持不變D.若只增大粒子入射速度,R中電流增大2.(2017北京朝陽(yáng)二模,20)2016年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了三位美國(guó)科學(xué)家,以表彰他們將拓?fù)涓拍顟?yīng)用于物理研究所做的貢獻(xiàn)。我們知道,按導(dǎo)電性能不同傳統(tǒng)材料大致可分為導(dǎo)體和絕緣體兩類,而拓?fù)浣^緣體性質(zhì)獨(dú)特,它是一種邊界上導(dǎo)電、體內(nèi)絕緣的新型量子材料。例如,在通常條件下石墨烯正常導(dǎo)電,但在溫度極低、外加強(qiáng)磁場(chǎng)的情況下,其電導(dǎo)率(即電阻率的倒數(shù))突然不能連續(xù)改變,而是成倍變化,此即量子霍爾效應(yīng)(關(guān)于霍爾效應(yīng),可見下文注釋)。在這種情況下,電流只會(huì)流經(jīng)石墨烯邊緣,其內(nèi)部絕緣,導(dǎo)電過(guò)程不會(huì)發(fā)熱,石墨烯變身為拓?fù)浣^緣體。但由于產(chǎn)生量子霍爾效應(yīng)需要極低溫度和強(qiáng)磁場(chǎng)的條件,所以其低能耗的優(yōu)點(diǎn)很難被推廣應(yīng)用。2012年10月,由清華大學(xué)薛其坤院士領(lǐng)銜的中國(guó)團(tuán)隊(duì),首次在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了量子反?；魻栃?yīng),被稱為中國(guó)“諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的發(fā)現(xiàn)”。量子反?；魻栃?yīng)不需要外加強(qiáng)磁場(chǎng),所需磁場(chǎng)由材料本身的自發(fā)磁化產(chǎn)生。這一發(fā)現(xiàn)使得拓?fù)浣^緣材料在電子器件中的廣泛應(yīng)用成為可能。注釋:霍爾效應(yīng)是指將載流導(dǎo)體放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí),導(dǎo)體將在與磁場(chǎng)、電流垂直的方向上形成電勢(shì)差。根據(jù)以上材料推斷,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.拓?fù)浣^緣體導(dǎo)電時(shí)具有量子化的特征B.霍爾效應(yīng)與運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中所受的洛倫茲力有關(guān)C.在量子反常霍爾效應(yīng)中運(yùn)動(dòng)電荷不再受磁場(chǎng)的作用D.若將拓?fù)浣^緣材料制成電腦芯片有望解決其工作時(shí)的發(fā)熱問(wèn)題3.(2017北京豐臺(tái)二模,17)如圖所示,兩平行金屬板P、Q水平放置,上極板帶正電,下極板帶負(fù)電;板間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫出)。一個(gè)帶電粒子在兩板間沿虛線所示路徑做勻速直線運(yùn)動(dòng)。粒子通過(guò)兩平行板后從O點(diǎn)垂直進(jìn)入另一個(gè)垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)半個(gè)周期后打在擋板MN上的A點(diǎn)。不計(jì)粒子重力。則下列說(shuō)法不正確的是()A.此粒子一定帶正電B.P、Q間的磁場(chǎng)一定垂直紙面向里C.若另一個(gè)帶電粒子也能做勻速直線運(yùn)動(dòng),則它一定與該粒子具有相同的比荷D.若另一個(gè)帶電粒子也能沿相同的軌跡運(yùn)動(dòng),則它一定與該粒子具有相同的比荷4.(2016北京東城零模,19)利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器,廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域。圖中一塊長(zhǎng)為a、寬為b、厚為c的半導(dǎo)體樣品薄片放在沿y軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。當(dāng)有大小為I、沿x軸正方向的恒定電流通過(guò)樣品薄片時(shí),會(huì)在與z軸垂直的兩個(gè)側(cè)面之間產(chǎn)生電勢(shì)差,這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。其原因是薄片中的移動(dòng)電荷受洛倫茲力的作用向一側(cè)偏轉(zhuǎn)和積累,于是上、下表面間建立起電場(chǎng)EH,同時(shí)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差UH。當(dāng)電荷所受的電場(chǎng)力與洛倫茲力處處相等時(shí),EH和UH達(dá)到穩(wěn)定值,UH的大小與I和B滿足關(guān)系UH=kHIB,其中kH稱為霍爾元件靈敏度。已知此半導(dǎo)體材料是電子導(dǎo)電,薄片內(nèi)單位體積中導(dǎo)電的電子數(shù)為n,電子的電荷量為e。下列說(shuō)法中正確的是()A.半導(dǎo)體樣品的上表面電勢(shì)高于下表面電勢(shì)B.霍爾元件靈敏度與半導(dǎo)體樣品薄片的長(zhǎng)度a、寬度b均無(wú)關(guān)C.在其他條件不變時(shí),單位體積中導(dǎo)電的電子數(shù)n越大,霍爾元件靈敏度越高D.在其他條件不變時(shí),沿磁場(chǎng)方向半導(dǎo)體薄片的厚度c越大,霍爾元件靈敏度越高5.(2017北京朝陽(yáng)期末,7,3分)如圖所示,是回旋加速器的示意圖,利用該裝置我們可以獲得高能粒子,其核心部分為處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩個(gè)D形盒,兩D形盒之間接交流電源,并留有窄縫,粒子在通過(guò)窄縫時(shí)得到加速,忽略粒子的重力等因素,為了增大某種帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能,下列說(shuō)法正確的是()A.只增大D形盒的半徑B.只增大加速電場(chǎng)的電壓C.只增大窄縫的寬度D.只減小磁感應(yīng)強(qiáng)度6.(2017北京西城期末,12)質(zhì)譜儀是測(cè)量帶電粒子的比荷和分析同位素的重要工具。如圖所示,帶電粒子從容器A下方的小孔S1飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng),其初速度幾乎為零,然后經(jīng)過(guò)S3沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,最后打到照相底片D上?，F(xiàn)有某種元素的三種同位素的原子核由容器A進(jìn)入質(zhì)譜儀,最后分別打在底片P1、P2、P3三個(gè)位置。不計(jì)粒子重力。則打在P1處的粒子()A.質(zhì)量最小B.比荷最小C.動(dòng)能最小D.動(dòng)量最小7.(2016北京順義一模,20)環(huán)形對(duì)撞機(jī)是研究高能粒子的重要裝置,如圖所示,正、負(fù)粒子由靜止經(jīng)過(guò)電壓為U的直線加速器加速后,沿圓環(huán)切線方向注入對(duì)撞機(jī)的真空環(huán)狀空腔內(nèi),空腔內(nèi)存在與圓環(huán)平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng),調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小可使兩種帶電粒子被局限在環(huán)狀空腔內(nèi),沿相反方向做半徑相等的勻速圓周運(yùn)動(dòng),并在碰撞區(qū)內(nèi)迎面相撞。為維持帶電粒子沿環(huán)狀空腔的中心線做勻速圓周運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是()A.對(duì)于給定的加速電壓,帶電粒子的比荷qm越大,磁感應(yīng)強(qiáng)度B越小B.對(duì)于給定的加速電壓,帶電粒子的比荷qm越大,磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大C.對(duì)于給定的帶電粒子,加速電壓U越大,粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期越大D.對(duì)于給定的帶電粒子,粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期與加速電壓U無(wú)關(guān)8.(2017北京朝陽(yáng)二模,22,16分)質(zhì)譜儀的原理簡(jiǎn)圖如圖所示。一帶正電的粒子經(jīng)電場(chǎng)加速后進(jìn)入速度選擇器, P1、P2兩板間的電壓為U,間距為d,板間還存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1,方向垂直紙面向外。帶電粒子沿直線經(jīng)速度選擇器從狹縫S3垂直MN進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng),該磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B2,方向垂直紙面向外。帶電粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后,打在照相底片上的H點(diǎn),測(cè)得S3、H兩點(diǎn)間的距離為l。不計(jì)帶電粒子的重力。求:(1)速度選擇器中電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小和方向;(2)帶電粒子離開速度選擇器時(shí)的速度大小v;(3)帶電粒子的比荷qm。9.如圖,某一新型發(fā)電裝置的發(fā)電管是橫截面為矩形的水平管道,管道的長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為d、高為h,上下兩面是絕緣板,前后兩側(cè)面M、N是電阻可忽略的導(dǎo)體板,兩導(dǎo)體板與開關(guān)S和定值電阻R相連。整個(gè)管道置于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向沿z軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。管道內(nèi)始終充滿電阻率為的導(dǎo)電液體(有大量的正、負(fù)離子),且開關(guān)閉合前后,液體在管道進(jìn)、出口兩端壓強(qiáng)差的作用下,均以恒定速率v0沿x軸正向流動(dòng),液體所受的摩擦阻力不變。(1)求開關(guān)閉合前,M、N兩板間的電勢(shì)差大小U0;(2)求開關(guān)閉合前后,管道兩端壓強(qiáng)差的變化p;(3)調(diào)整矩形管道的寬和高,但保持其他量和矩形管道的橫截面積S=dh不變,求電阻R可獲得的最大功率Pm及相應(yīng)的寬高比d/h的值。綜合提能1.現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來(lái)分析比質(zhì)子重很多倍的離子,其示意圖如圖所示,其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場(chǎng)加速,經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場(chǎng)。若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場(chǎng)加速,為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場(chǎng),需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來(lái)的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為()A.11B.12C.121D.1442.(2017北京海淀期末,10)(多選)將一塊長(zhǎng)方體形狀的半導(dǎo)體材料樣品的表面垂直磁場(chǎng)方向置于磁場(chǎng)中,當(dāng)此半導(dǎo)體材料中通有與磁場(chǎng)方向垂直的電流時(shí),在半導(dǎo)體材料與電流和磁場(chǎng)方向垂直的兩個(gè)側(cè)面間會(huì)出現(xiàn)一定的電壓,這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng),產(chǎn)生的電壓稱為霍爾電壓,相應(yīng)的將具有這樣性質(zhì)的半導(dǎo)體材料樣品稱為霍爾元件。如圖所示,利用電磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng),毫安表檢測(cè)輸入霍爾元件的電流,毫伏表檢測(cè)霍爾元件輸出的霍爾電壓。已知圖中的霍爾元件是P型半導(dǎo)體,與金屬導(dǎo)體不同,它內(nèi)部形成電流的“載流子”是空穴(空穴可視為能自由移動(dòng)帶正電的粒子)。圖中的1、2、3、4是霍爾元件上的四個(gè)接線端。當(dāng)開關(guān)S1、S2閉合后,電流表A和電表B、C都有明顯示數(shù),下列說(shuō)法中正確的是()A.電表B為毫伏表,電表C為毫安表B.接線端2的電勢(shì)高于接線端4的電勢(shì)C.若調(diào)整電路,使通過(guò)電磁鐵和霍爾元件的電流與原電流方向相反,但大小不變,則毫伏表的示數(shù)將保持不變D.若適當(dāng)減小R1、增大R2,則毫伏表示數(shù)一定增大3.(2017北京朝陽(yáng)期末,20)如圖所示,是一種磁偏轉(zhuǎn)式質(zhì)譜儀的原理簡(jiǎn)圖,主要由三部分組成:離子源(含加速電場(chǎng))、磁偏轉(zhuǎn)器和接收系統(tǒng)。利用該裝置可以較好地識(shí)別同位素?，F(xiàn)有質(zhì)量由大到小的X、Y、Z三種離子,電荷量均為q。在離子源中,三種離子不斷飄進(jìn)(初速度可忽略不計(jì))電壓為U的加速電場(chǎng),經(jīng)加速后進(jìn)入磁偏轉(zhuǎn)器,在磁偏轉(zhuǎn)器中離子分成三束(如圖所示)。磁偏轉(zhuǎn)器主要是一段彎成半徑為R的細(xì)管,該細(xì)管處在電磁鐵的兩極之間,電磁鐵的磁極呈扇形(圖中未畫出),細(xì)管所在磁場(chǎng)可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向外。若其中一種離子恰能沿細(xì)管做勻速圓周運(yùn)動(dòng),從狹縫射出后進(jìn)入接收系統(tǒng),而另外兩種離子分別打在細(xì)管的上壁和下壁。不計(jì)離子的重力及它們之間的相互作用力。(1)現(xiàn)測(cè)得離子通過(guò)接收系統(tǒng)的狹縫所形成的電流為I,求每秒接收到該離子的數(shù)目N;(2)求被接收系統(tǒng)接收的離子質(zhì)量m;并分析說(shuō)明接收系統(tǒng)接收的是哪一種離子;(3)若想利用該裝置依次收集另外兩種離子,在不改變細(xì)管半徑R的條件下,請(qǐng)分析說(shuō)明有哪些可行方案。(至少說(shuō)出兩種)4.(2017北京海淀期末,18)某種粒子加速器的設(shè)計(jì)方案如圖所示,M、N為兩塊垂直于紙面放置的圓形正對(duì)平行金屬板,兩金屬板中心均有小孔(孔的直徑大小可忽略不計(jì)),板間距離為h。兩板間接一直流電源,每當(dāng)粒子進(jìn)入M板的小孔時(shí),控制兩板的電勢(shì)差為U,粒子得到加速,當(dāng)粒子離開N板時(shí),兩板的電勢(shì)差立刻變?yōu)榱?。兩金屬板外部存在著上、下兩個(gè)范圍足夠大且有理想平面邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng),上方磁場(chǎng)的下邊界cd與金屬板M在同一水平面上,下方磁場(chǎng)的上邊界ef與金屬板N在同一水平面上,兩磁場(chǎng)平行邊界間的距離也為h,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。在兩平行金屬板右側(cè)形成與金屬板間距離一樣為h的無(wú)電場(chǎng)、無(wú)磁場(chǎng)的狹縫區(qū)域。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子從M板小孔處無(wú)初速度釋放,粒子在MN板間被加速,粒子離開N板后進(jìn)入下方磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。若空氣阻力、粒子所受的重力以及粒子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的電磁輻射均可忽略不計(jì),不考慮相對(duì)論效應(yīng)、兩金屬板間電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)以及電場(chǎng)變化對(duì)于外部磁場(chǎng)和粒子運(yùn)動(dòng)的影響。(1)為使帶電粒子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后不打到金屬板上,請(qǐng)說(shuō)明圓形金屬板的半徑R應(yīng)滿足什么條件;(2)在ef邊界上的P點(diǎn)放置一個(gè)目標(biāo)靶,P點(diǎn)到N板小孔O的距離為s時(shí),粒子恰好可以擊中目標(biāo)靶。對(duì)于擊中目標(biāo)靶的粒子,求:其進(jìn)入電場(chǎng)的次數(shù)n;其在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間與在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間之比。5.回旋加速器的工作原理如圖1所示,置于真空中的D形金屬盒半徑為R,兩盒間狹縫的間距為d,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直。被加速粒子的質(zhì)量為m、電荷量為+q,加在狹縫間的交變電壓如圖2所示,電壓值的大小為U0,周期T=2mqB。一束該種粒子在t=0T2時(shí)間內(nèi)從A處均勻地飄入狹縫,其初速度視為零?，F(xiàn)考慮粒子在狹縫中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,假設(shè)能夠出射的粒子每次經(jīng)過(guò)狹縫均做加速運(yùn)動(dòng),不考慮粒子間的相互作用。求: (1)出射粒子的動(dòng)能Em;(2)粒子從飄入狹縫至動(dòng)能達(dá)到Em所需的總時(shí)間t0;(3)要使飄入狹縫的粒子中有超過(guò)99%能射出,d應(yīng)滿足的條件。圖1圖2答案精解精析基礎(chǔ)鞏固1.D由左手定則判定,帶正電粒子向上偏轉(zhuǎn)至P板,帶負(fù)電粒子向下偏轉(zhuǎn)至Q板,PQ,A錯(cuò)誤。R中電流由a到b,B錯(cuò)誤。P、Q兩板間電勢(shì)差U=Bdv,d為P、Q間距,B變化則U變化,則R中電流變化,C錯(cuò)誤。v變大,則U變大,R中電流變大,D正確。2.C由量子反?；魻栃?yīng)不需要外加強(qiáng)磁場(chǎng),所需磁場(chǎng)由材料本身的自發(fā)磁化產(chǎn)生知,C選項(xiàng)錯(cuò)誤。3.C由粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡知,粒子一定帶正電,A對(duì)。由粒子在兩極板間受力平衡知洛倫茲力一定向上,則磁場(chǎng)垂直紙面向里,B對(duì)。若另一粒子也做勻速直線運(yùn)動(dòng),則qvB=Eq,v=EB,C錯(cuò)。若軌跡相同,則r=mvqB相等,v相等,則比荷相同,D對(duì)。4.B電子在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn),利用左手定則可知電子向上表面偏轉(zhuǎn)和積累,導(dǎo)致上表面電勢(shì)低于下表面電勢(shì),A錯(cuò)誤;根據(jù)題意,對(duì)電子有Bev=EHe,UH=EHb,I=nevbc,整理可得UH=BInec=kHIB,即kH=1nec,故B正確;由kH=1nec可知,n越大,kH越小;c越大,kH越小,故C、D均錯(cuò)誤。5.A回旋加速器工作時(shí),帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),當(dāng)速度最大時(shí),設(shè)最大速度為v,由Bqv=mv2r,得v=Bqrm,帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能Ek=12mv2=B2q2r22m,可知?jiǎng)幽芘c加速電壓無(wú)關(guān),與窄縫的寬度無(wú)關(guān),與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和D形盒的半徑有關(guān),增大D形盒的半徑或增大磁感應(yīng)強(qiáng)度,可以增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能。故選A。6.B質(zhì)譜儀由加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)組成,某種元素的同位素的原子核,帶電量相等,質(zhì)量不同,經(jīng)過(guò)加速由qU=12mv2可得v=2qUm,粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后,由Bqv=mv2R得R=mvBq=1B2Umq,所以半徑越大,質(zhì)量越大,比荷越小,A選項(xiàng)錯(cuò)誤,B選項(xiàng)正確;動(dòng)能為Ek=12mv2=qU,三者動(dòng)能相等,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;動(dòng)量I=mv=2qUm,質(zhì)量越大,動(dòng)量越大,D選項(xiàng)錯(cuò)誤。7.A粒子加速過(guò)程,根據(jù)動(dòng)能定理有Uq=12mv2-0,則v=2Uqm,粒子在環(huán)狀空腔內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r=mvBq=m2UqmqB=1B2Umq,所以對(duì)于給定的加速電壓,帶電粒子的比荷qm越大,需要的磁感應(yīng)強(qiáng)度B越小,A正確,B錯(cuò)誤;對(duì)于給定的帶電粒子,加速電壓U越大,需要的磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大,由于T=2mqB,則粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期越小,C、D錯(cuò)誤。8.答案(1)E=Ud方向由P1板指向P2板(2)v=UB1d(3)qm=2UB1B2dl解析(1)在速度選擇器中有:E=Ud方向由P1板指向P2板。(2)在速度選擇器中,粒子所受的電場(chǎng)力等于洛倫茲力,有:qvB1=qE聯(lián)立式可得:v=UB1d(3)粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力。有:qvB2=mv2R其中R=l2聯(lián)立式可得:qm=2UB1B2dl9.答案(1)Bdv0(2)Ldv0B2LhR+d(3)LSv02B24LR解析(1)設(shè)帶電離子所帶的電荷量為q,當(dāng)其所受的洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡時(shí),U0保持恒定,有qv0B=qU0d得U0=Bdv0(2)設(shè)開關(guān)閉合前后,管道兩端壓強(qiáng)差分別為p1、p2,液體所受的摩擦阻力均為f,開關(guān)閉合后管道內(nèi)液體受到安培力為F安,有p1hd=fp2hd=f+F安F安=BId根據(jù)歐姆定律,有I=U0R+r兩導(dǎo)體板間液體的電阻r=dLh由式得p=Ldv0B2LhR+d(3)電阻R獲得的功率為P=I2RP=Lv0BLRd+h2R當(dāng)dh=LR時(shí)電阻R獲得的最大功率Pm=LSv02B24綜合提能1.D設(shè)質(zhì)子和離子的質(zhì)量分別為m1和m2,原磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1,改變后的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2。在加速電場(chǎng)中qU=12mv2,在磁場(chǎng)中qvB=mv2R,聯(lián)立兩式得m=R2B2q2U,故有m2m1=B22B12=144,選項(xiàng)D正確。2.BC電表B測(cè)量的是輸入霍爾元件的電流,電表C測(cè)量的是霍爾元件輸出的霍爾電壓,所以電表B為毫安表,電表C為毫伏表,A錯(cuò);由鐵芯上的線圈繞向可知霍爾元件處的磁場(chǎng)方向?yàn)樽陨隙?霍爾元件中的電流方向?yàn)橛?到3,由左手定則可知載流子受到42方向的洛倫茲力,將會(huì)偏向2端,所以接線端2的電勢(shì)高于接線端4的電勢(shì),B對(duì);若使通過(guò)電磁鐵和霍爾元件的電流與原電流方向相反,但大小不變,則產(chǎn)生的霍爾電壓的大小和方向均不變,毫伏表的示數(shù)將保持不變,C對(duì);若減小R1,則霍爾元件處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B變大,增大R2,流入霍爾元件的電流I減小,對(duì)于霍爾元件有Udq=Bvq,I=nqSv,聯(lián)立得U=BdInqS,因不知B和I的變化量,無(wú)法確定毫伏表示數(shù)的具體變化,D錯(cuò)。3.答案見解析解析(1)根據(jù)電流的定義式有:I=Qt即每秒鐘接收到的總電荷量Q=I則每秒鐘接收到該離子的數(shù)目N=Iq(2)設(shè)離子以速度v進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)離子在加速過(guò)程中有:qU=12mv2離子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),有:qvB=mv2R聯(lián)立式可得:R2=2mUqB2解得:m=R2B2q2U由式可見,由于三種離子的電荷量q相等,B與U也相等,所以,R2m。由于mXmYmZ,所以RXRYRZ,因?yàn)橹挥幸环N離子恰能在細(xì)管中做圓周運(yùn)動(dòng)并沿狹縫射出,而另外兩種分別打到細(xì)管的上壁和下壁,可知進(jìn)入接收系統(tǒng)的是Y離子。(3)由式可知,利用該裝置若想依次收集另外兩種離子,在不改變細(xì)管半徑的條件下,可以采取以下兩種方案:方案一:若保持加速電壓