江蘇專用2025版高考物理新增分大一輪復(fù)習(xí)第八章磁場專題突破九帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動實(shí)例講義含解析VIP

PAGEPAGE19專題突破九帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動實(shí)例一、帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動1．疊加場與組合場(1)疊加場：電場、磁場、重力場共存，或其中某兩場共存．(2)組合場：電場與磁場各位于肯定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，或在同一區(qū)域，電場、磁場分時間段或分區(qū)域交替出現(xiàn)．2．運(yùn)動分類(1)靜止或做勻速直線運(yùn)動當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受合外力為零時，將處于靜止?fàn)顟B(tài)或做勻速直線運(yùn)動．(2)勻速圓周運(yùn)動當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場力大小相等、方向相反時，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動．(3)較困難的曲線運(yùn)動當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小和方向均變更，且與初速度方向不在同一條直線上時，粒子做非勻變速曲線運(yùn)動，這時粒子運(yùn)動軌跡既不是圓弧，也不是拋物線．(4)分階段運(yùn)動帶電粒子可能依次通過幾個狀況不同的復(fù)合場區(qū)域，其運(yùn)動狀況隨區(qū)域發(fā)生變更，其運(yùn)動過程由幾種不同的運(yùn)動階段組成．二、電場與磁場的組合應(yīng)用實(shí)例裝置原理圖規(guī)律質(zhì)譜儀帶電粒子由靜止被加速電場加速qU＝eq\f(1,2)mv2，在磁場中做勻速圓周運(yùn)動qvB＝meq\f(v2,r)，則比荷eq\f(q,m)＝eq\f(2U,B2r2)回旋加速器交變電流的周期和帶電粒子做圓周運(yùn)動的周期相同，帶電粒子在做圓周運(yùn)動過程中每次經(jīng)過D形盒縫隙都會被加速．由qvB＝meq\f(v2,r)得最大動能Ekm＝eq\f(q2B2r2,2m)三、電場與磁場的疊加應(yīng)用實(shí)例裝置原理圖規(guī)律速度選擇器若qv0B＝Eq，即v0＝eq\f(E,B)，帶電粒子做勻速直線運(yùn)動電磁流量計eq\f(U,D)q＝qvB，所以v＝eq\f(U,DB)，所以流量Q＝vS＝eq\f(U,DB)π(eq\f(D,2))2＝eq\f(πUD,4B)霍爾元件當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢差磁流體發(fā)電機(jī)等離子體射入，受洛倫茲力偏轉(zhuǎn)，使兩極板帶正、負(fù)電荷，兩極板間電壓為U時穩(wěn)定，eq\f(qU,d)＝qv0B，U＝v0Bd命題點(diǎn)一質(zhì)譜儀的工作原理與應(yīng)用1．作用測量帶電粒子質(zhì)量和分別同位素．2．原理(如圖1所示)圖1(1)加速電場：qU＝eq\f(1,2)mv2；(2)偏轉(zhuǎn)磁場：qvB＝eq\f(mv2,r)，l＝2r；聯(lián)立可得r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))，m＝eq\f(qr2B2,2U)，eq\f(q,m)＝eq\f(2U,B2r2).例1(2024·江蘇單科·15改編)一臺質(zhì)譜儀的工作原理如圖2所示．大量的帶電荷量為＋q、質(zhì)量為2m的離子飄入電壓為U0的加速電場，其初速度幾乎為0，經(jīng)加速后，通過寬為L的狹縫MN沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，最終打到照相底片上．圖中虛線為經(jīng)過狹縫左、右邊界M、N時離子的運(yùn)動軌跡．不考慮離子間的相互作用．圖2(1)求離子打在底片上的位置到N點(diǎn)的最小距離x；(2)在圖中用斜線標(biāo)出磁場中離子經(jīng)過的區(qū)域，并求該區(qū)域最窄處的寬度d.答案(1)eq\f(4,B)eq\r(\f(mU0,q))－L(2)見解析圖eq\f(2,B)eq\r(\f(mU0,q))－eq\r(\f(4mU0,qB2)－\f(L2,4))解析(1)設(shè)離子在磁場中的運(yùn)動半徑為r1，在電場中加速時，有qU0＝eq\f(1,2)×2mv2在勻強(qiáng)磁場中由牛頓其次定律得qvB＝2meq\f(v2,r1)解得r1＝eq\f(2,B)eq\r(\f(mU0,q))依據(jù)幾何關(guān)系得，離子打在底片上的位置到N點(diǎn)的最小距離x＝2r1－L，解得x＝eq\f(4,B)eq\r(\f(mU0,q))－L.(2)如圖，最窄處位于過兩虛線交點(diǎn)的垂線上最窄處寬度d＝r1－eq\r(r\o\al(,12)－\f(L,2)2)解得d＝eq\f(2,B)eq\r(\f(mU0,q))－eq\r(\f(4mU0,qB2)－\f(L2,4))命題點(diǎn)二回旋加速器工作原理與應(yīng)用1．構(gòu)造：如圖3所示，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒處于勻強(qiáng)磁場中，D形盒的縫隙處接溝通電源．圖32．原理：溝通電周期和粒子做圓周運(yùn)動的周期相等，使粒子每經(jīng)過一次D形盒縫隙，粒子被加速一次．3．最大動能：由qvmB＝eq\f(mv\o\al(m2,),R)、Ekm＝eq\f(1,2)mveq\o\al(m2,)得Ekm＝eq\f(q2B2R2,2m)，粒子獲得的最大動能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒半徑R確定，與加速電壓無關(guān)．4．運(yùn)動的總時間：粒子在磁場中運(yùn)動一個周期，被電場加速兩次，每次增加動能qU，加速次數(shù)n＝eq\f(Ekm,qU)，粒子在磁場中運(yùn)動的總時間t＝eq\f(n,2)T＝eq\f(Ekm,2qU)·eq\f(2πm,qB)＝eq\f(πBR2,2U).例2(多選)(2024·南通市等六市一調(diào))回旋加速器的工作原理如圖4所示，置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子在狹縫間加速的時間忽視不計．勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向與盒面垂直．粒子源A產(chǎn)生的粒子質(zhì)量為m，電荷量為＋q，U為加速電壓，則()圖4A．交變電壓的周期等于粒子在磁場中回旋周期的一半B．加速電壓U越大，粒子獲得的最大動能越大C．D形盒半徑R越大，粒子獲得的最大動能越大D．磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大，粒子獲得的最大動能越大答案CD解析為了保證粒子每次經(jīng)過電場時都被加速，必需滿意交變電壓的周期和粒子在磁場中回旋周期相等，故A錯誤；依據(jù)洛倫茲力供應(yīng)向心力qvB＝eq\f(mv2,R)，解得v＝eq\f(BqR,m)，動能為：Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(B2q2R2,2m)，可知，帶電粒子的動能與加速度電壓無關(guān)，D形盒半徑R越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大，粒子獲得的最大動能越大，B錯誤，C、D正確．命題點(diǎn)三疊加場實(shí)例分析共同特點(diǎn)：若不計重力，當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速直線運(yùn)動時，qvB＝qE.1．速度選擇器圖5(1)平行板間電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直．(如圖5)(2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qvB＝qE，即v＝eq\f(E,B).(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(zhì)量．(4)速度選擇器具有單向性．2．磁流體發(fā)電機(jī)(1)原理：等離子體噴入磁場，正、負(fù)離子在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而聚集在A、B板上，產(chǎn)生電勢差，它可以把離子的動能通過磁場轉(zhuǎn)化為電能．(如圖6)圖6(2)電源正、負(fù)極推斷：依據(jù)左手定則可推斷出圖中的B板是發(fā)電機(jī)的正極．(3)電源電動勢U：設(shè)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(yīng)強(qiáng)度為B，等離子體的電阻率為ρ，噴入氣體的速度為v，板外電阻為R.當(dāng)正、負(fù)離子所受電場力和洛倫茲力平衡時，兩極板間達(dá)到的最大電勢差為U(即電源電動勢)，則qeq\f(U,l)＝qvB，即U＝Blv.(4)電源內(nèi)阻：r＝ρeq\f(l,S).(5)回路電流：I＝eq\f(U,r＋R).3．電磁流量計(1)流量(Q)的定義：單位時間流過導(dǎo)管某一截面的導(dǎo)電液體的體積．(2)公式：Q＝Sv；S為導(dǎo)管的截面積，v是導(dǎo)電液體的流速．(3)導(dǎo)電液體的流速(v)的計算圖7如圖7所示，一圓柱形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體向右流淌．導(dǎo)電液體中的自由電荷(正、負(fù)離子)在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使a、b間出現(xiàn)電勢差，當(dāng)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(dá)到最大，由qeq\f(U,d)＝qvB，可得v＝eq\f(U,Bd).(4)流量的表達(dá)式：Q＝Sv＝eq\f(πd2,4)·eq\f(U,Bd)＝eq\f(πdU,4B).(5)電勢凹凸的推斷：依據(jù)左手定則可得φa>φb.4．霍爾效應(yīng)的原理和分析(1)定義：如圖8，高為h、寬為d的導(dǎo)體(自由電荷是電子或正電荷)置于勻強(qiáng)磁場B中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體時，在導(dǎo)體的上表面A和下表面A′之間產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，此電壓稱為霍爾電壓．圖8(2)電勢凹凸的推斷：導(dǎo)體中的電流I向右時，依據(jù)左手定則可得，若自由電荷是電子，則下表面A′的電勢高；若自由電荷為正電荷，則上表面A的電勢高．(3)霍爾電壓的計算：導(dǎo)體中的自由電荷(電荷量為q)在洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn)，A、A′間出現(xiàn)電勢差，當(dāng)自由電荷所受靜電力和洛倫茲力平衡時，A、A′間的電勢差(U)就保持穩(wěn)定，由qvB＝qeq\f(U,h)，I＝nqvS，S＝hd；聯(lián)立得U＝eq\f(BI,nqd)＝keq\f(BI,d)，k＝eq\f(1,nq)稱為霍爾系數(shù)．模型1速度選擇器例3(2024·泰州中學(xué)月考)在如圖9所示的平行板器件中，電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直．一帶電粒子(重力不計)從左端以速度v沿虛線射入后做直線運(yùn)動，則該粒子()圖9A．肯定帶正電B．速度大小v＝eq\f(E,B)C．若速度大小v＞eq\f(E,B)，粒子肯定不能從板間射出D．若此粒子從右端沿虛線方向進(jìn)入，仍做直線運(yùn)動答案B解析粒子帶正電和負(fù)電均可，選項(xiàng)A錯誤；由于粒子做直線運(yùn)動，故粒子所受洛倫茲力等于電場力，即qvB＝qE，解得速度大小v＝eq\f(E,B)，選項(xiàng)B正確；若速度大小v＞eq\f(E,B)，粒子仍可能從板間射出，選項(xiàng)C錯誤；若此粒子從右端沿虛線方向進(jìn)入，所受電場力和洛倫茲力方向相同，不能做直線運(yùn)動，選項(xiàng)D錯誤．模型2磁流體發(fā)電機(jī)例4(2024·南通市等七市三模)磁流體發(fā)電機(jī)原理如圖10所示，等離子體高速噴射到加有強(qiáng)磁場的管道內(nèi)，正、負(fù)離子在洛倫茲力作用下分別向A、B兩金屬板偏轉(zhuǎn)，形成直流電源對外供電．則()圖10A．僅減小A、B兩金屬板間的距離，發(fā)電機(jī)的電動勢將增大B．僅增加磁感應(yīng)強(qiáng)度，發(fā)電機(jī)的電動勢將減小C．僅增加負(fù)載的阻值，發(fā)電機(jī)的輸出功率將增大D．僅增大等離子體的噴射速度，發(fā)電機(jī)的總功率將增大答案D模型3電磁流量計例5(多選)(2024·南京師大附中5月模擬)為了測量某化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖11所示的流量計，該裝置由絕緣材料制成，長、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口，在垂直上下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，在前后兩個面的內(nèi)側(cè)固定有金屬板作為電極，污水從左向右流經(jīng)該裝置時，電壓表將顯示兩個電極間的電壓U.若用Q表示污水流量(單位時間內(nèi)流出的污水體積)，下列說法正確的是()圖11A．若污水中正離子較多，則前表面電勢比后表面電勢低B．若污水中負(fù)離子較多，則前表面電勢比后表面電勢低C．污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大D．污水流量Q與U成正比，與a、b無關(guān)答案ABD解析正、負(fù)離子從左向右移動，依據(jù)左手定則，正離子所受的洛倫茲力方向指向后表面，負(fù)離子所受的洛倫茲力方向指向前表面，所以總有后表面電極的電勢比前表面電極電勢高，A、B正確；最終穩(wěn)定時，離子受洛倫茲力和電場力平衡，即qvB＝qeq\f(U,b)，解得U＝Bbv，故電壓表的示數(shù)U與v成正比，與濃度無關(guān)，C錯誤；污水的流量Q＝vS＝vbc＝eq\f(U,Bb)·bc＝eq\f(cU,B)，與電壓表的示數(shù)U成正比，與a、b無關(guān)，D正確．模型4霍爾效應(yīng)例6(多選)(2024·常州市一模)在一個很小的矩形半導(dǎo)體薄片上，制作四個電極E、F、M、N，做成了一個霍爾元件．在E、F間通入恒定電流I，同時外加與薄片垂直的磁場B，M、N兩電極間的電壓為UH.已知半導(dǎo)體薄片中的載流子為正電荷，電流與磁場的方向如圖12所示，下列說法正確的有()圖12A．N極電勢高于M極電勢B．磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，M、N兩電極間電勢差越大C．將磁場方向變?yōu)榕c薄片的上、下表面平行，UH不變D．將磁場和電流分別反向，N極電勢低于M極電勢答案AB解析依據(jù)左手定則，正電荷受力的方向指向N極，向N極偏轉(zhuǎn)，則N極電勢高，故A正確；設(shè)左右兩個表面相距為d，正電荷所受的電場力等于洛倫茲力，即eq\f(qUH,d)＝qvB①設(shè)單位體積內(nèi)正電荷的個數(shù)為n，此薄片的截面積為S，厚度為L，則I＝nqSv，②S＝dL，③由①②③得：UH＝eq\f(BI,nqL)令k＝eq\f(1,nq)，則UH＝eq\f(BI,nqL)＝keq\f(BI,L)所以若保持電流I恒定，則M、N兩電極間的電勢差與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，故B正確；將磁場方向變?yōu)榕c薄片的上、下表面平行，則正電荷不會受到洛倫茲力，因此不存在電勢差，故C錯誤；若磁場和電流分別反向，依據(jù)左手定則，則N極電勢仍高于M極電勢，故D錯誤.1.(多選)如圖13是質(zhì)譜儀工作原理的示意圖，帶電粒子a、b從容器中的A點(diǎn)飄出(在A點(diǎn)初速度為零)，經(jīng)電壓U加速后，從x軸坐標(biāo)原點(diǎn)處進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，最終都打在感光板S上，坐標(biāo)分別為x1、x2，圖中半圓形虛線分別表示帶電粒子a、b所通過的路徑，則()圖13A．b進(jìn)入磁場的速度肯定大于a進(jìn)入磁場的速度B．a(chǎn)的比荷肯定大于b的比荷C．若a、b電荷量相等，則它們的質(zhì)量之比ma∶mb＝xeq\o\al(12,)∶xeq\o\al(22,)D．若a、b質(zhì)量相等，則它們在磁場中運(yùn)動時間之比ta∶tb＝x1∶x2答案BC2．(多選)(2024·揚(yáng)州中學(xué)下學(xué)期開學(xué)考)如圖14所示，兩平行金屬板水平放置，起先開關(guān)S閉合使平行板電容器帶電．板間存在垂直紙面對里的勻強(qiáng)磁場．一個不計重力的帶電粒子恰能以水平向右的速度沿直線通過兩板．在以下方法中，能使帶電粒子仍沿水平直線通過兩板的是()圖14A．將兩板的距離增大一倍，同時將磁感應(yīng)強(qiáng)度增大一倍B．將兩板的距離減小一半，同時將磁感應(yīng)強(qiáng)度增大一倍C．將開關(guān)S斷開，兩板間的正對面積減小一半，同時將板間磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度減小一半D．將開關(guān)S斷開，兩板間的正對面積減小一半，同時將板間磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大一倍答案BD3．(多選)如圖15是等離子體發(fā)電機(jī)的示意圖，原料在燃燒室中全部電離為電子與正離子，即高溫等離子體，等離子體以速度v進(jìn)入矩形發(fā)電通道，發(fā)電通道里有圖示方向的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.等離子體進(jìn)入發(fā)電通道后發(fā)生偏轉(zhuǎn)，落到相距為d的兩個金屬極板上，在兩極板間形成電勢差，等離子體的電阻不行忽視．下列說法正確的是()圖15A．上極板為發(fā)電機(jī)正極B．外電路閉合時，電阻R兩端的電壓為BdvC．帶電粒子克服電場力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能D．外電路斷開時，等離子受到的洛倫茲力與電場力平衡答案ACD解析依據(jù)左手定則可知，正離子向上偏，電子向下偏，則上極板是發(fā)電機(jī)的正極，下極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極，故A正確；依據(jù)電子或正離子所受洛倫茲力等于電場力qvB＝qeq\f(E,d)得，產(chǎn)生的電動勢的大小為E＝Bdv，因等離子體的電阻不行忽視，因此電阻R兩端的電壓會小于產(chǎn)生的電動勢，故B錯誤；依據(jù)功能關(guān)系可知，電子與正離子克服電場力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，故C正確；等離子體中有正離子和電子，在磁場中受到洛倫茲力的作用，分別向兩極偏轉(zhuǎn)，于是在兩極之間產(chǎn)生電勢差，兩極間存在電場力，當(dāng)外電路斷開時，等離子體受到的洛倫茲力與電場力平衡，從而不會偏移，故D正確．4.(多選)(2024·泰州中學(xué)等綜合評估)為了測量化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在排污管末端安裝了流量計(流量Q為單位時間內(nèi)流過某截面流體的體積)．如圖16所示，長方體絕緣管道的長、寬、高分別為a、b、c，左、右兩端開口，所在空間有垂直于前后表面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場，在上、下兩個面的內(nèi)側(cè)固定有金屬板M、N，污水從左向右勻速流淌，測得M、N間電壓為U，污水流過管道時受到的阻力大小f＝kLv2，k是比例系數(shù)，L為污水沿流速方向的長度，v為污水的流速．則()圖16A．污水的流量Q＝eq\f(abU,B)B．金屬板M的電勢不肯定高于金屬板N的電勢C．電壓U與污水中離子濃度無關(guān)D．左、右兩側(cè)管口的壓強(qiáng)差Δp＝eq\f(kaU2,bB2c3)答案CD解析依據(jù)離子所受洛倫茲力和電場力平衡，有：qvB＝qeq\f(U,c)，解得v＝eq\f(U,Bc)，則有污水的流量Q＝vS＝vbc＝eq\f(U,Bc)bc＝eq\f(Ub,B)，故A錯誤；依據(jù)左手定則，正離子向金屬板M偏轉(zhuǎn)，負(fù)離子向金屬板N偏轉(zhuǎn)，知金屬板M的電勢肯定高于金屬板N的電勢，故B錯誤；最終離子在電場力和洛倫茲力作用下平衡，有：qvB＝qeq\f(U,c)，解得：U＝vBc，與污水中離子濃度無關(guān)，故C正確；依據(jù)平衡條件有：Δp·bc＝f＝kLv2＝kav2，而v＝eq\f(U,Bc)，解得左右兩側(cè)管口壓強(qiáng)差Δp＝eq\f(kaU2,bB2c3)，故D正確．5．(多選)(2024·揚(yáng)州市一模)如圖17所示，導(dǎo)電物質(zhì)為電子的霍爾元件樣品置于磁場中，表面與磁場方向垂直，圖中的1、2、3、4是霍爾元件上的四個接線端．當(dāng)開關(guān)S1、S2閉合后，三個電表都有明顯示數(shù)，下列說法正確的是()圖17A．通過霍爾元件的磁場方向向下B．接線端2的電勢低于接線端4的電勢C．僅將電源E1、E2反向接入電路，電壓表的示數(shù)不變D．若適當(dāng)減小R1、增大R2，則電壓表示數(shù)肯定增大答案ABC解析依據(jù)安培定則可知，通過霍爾元件的磁場方向向下，故A正確；通過霍爾元件的電流由接線端1流向接線端3，電子移動方向與電流的方向相反，由左手定則可知，電子偏向接線端2，所以接線端2的電勢低于接線端4的電勢，故B正確；當(dāng)僅將電源E1、E2反向接入電路后，由左手定則可知洛倫茲力方向不變，即2、4兩接線端的電勢差不發(fā)生變更，即電壓表的示數(shù)不變，故C正確；適當(dāng)減小R1，電磁鐵中的電流增大，產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，而當(dāng)增大R2，霍爾元件中的電流減小，所以霍爾電壓如何變更不確定，即電壓表示數(shù)變更不確定，故D錯誤．1.(多選)(2024·南京市、鹽城市一模)如圖1所示，虛線所圍的區(qū)域內(nèi)存在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場．從左方水平射入的電子，穿過該區(qū)域時未發(fā)生偏轉(zhuǎn)．則下列分析中可能正確的是()圖1A．E豎直向上，B垂直紙面對外，電子做勻速直線運(yùn)動通過區(qū)域B．E豎直向上，B垂直紙面對里，電子做勻速直線運(yùn)動通過區(qū)域C．E和B都是沿水平方向，電子做勻減速直線運(yùn)動通過區(qū)域D．E和B都是沿水平方向，電子做勻加速直線運(yùn)動通過區(qū)域答案ACD解析若E豎直向上，B垂直于紙面對外，則電子所受電場力方向豎直向下，而所受洛倫茲力由左手定則可得方向豎直向上，所以當(dāng)兩力大小相等時，電子穿過此區(qū)域不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并且做勻速直線運(yùn)動，故A正確，B錯誤；若E和B都沿水平方向，則電子所受電場力方向與運(yùn)動方向在一條直線上，而由于電子運(yùn)動方向與B方向在一條直線上，所以電子不受洛倫茲力，因此穿過此區(qū)域不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，假如電場方向與電子運(yùn)動方向相同，則電子所受電場力方向與運(yùn)動方向相反，則電子可能勻減速通過該區(qū)域，故C正確；若電場方向與電子運(yùn)動方向相反，則電子所受電場力方向與運(yùn)動方向相同，則電子勻加速通過該區(qū)域，故D正確．2.(多選)(2024·田家炳中學(xué)模擬)如圖2所示是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖．帶電粒子經(jīng)電場加速后進(jìn)入速度選擇器，速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)度分別為B和E，平板S上有可讓粒子通過的狹縫P(只有在正交電磁場中做直線運(yùn)動的粒子才能通過P狹縫)和記錄粒子位置的膠片A1A2，平板S下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0、方向垂直于紙面對外的勻強(qiáng)磁場，依據(jù)圖示粒子的運(yùn)動，下列說法正確的有()圖2A．圖示軌跡運(yùn)動的粒子肯定是同種粒子B．圖示軌跡運(yùn)動的粒子肯定是帶正電的粒子C．圖示B0磁場中圓軌道上運(yùn)動的粒子速度大小肯定相等D．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小答案BC3.(多選)如圖3所示，a、b是一對平行金屬板，分別接到直流電源的兩極上，使a、b兩板間產(chǎn)生勻強(qiáng)電場(場強(qiáng)大小為E)，右邊有一塊擋板，正中間開有一小孔d，在較大空間范圍內(nèi)存在著勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面對里．從兩板左側(cè)中點(diǎn)c處射入一束正離子(不計重力)，這些正離子都沿直線運(yùn)動到右側(cè)，從d孔射出后分成三束，則下列推斷正確的是()圖3A．這三束正離子的速度肯定不相同B．這三束正離子的比荷肯定不相同C．a(chǎn)、b兩板間的勻強(qiáng)電場方向肯定由a指向bD．若這三束離子改為帶負(fù)電而其他條件不變，則仍能從d孔射出答案BCD解析因?yàn)槿x子在兩極板間都是沿直線運(yùn)動的，故三束正離子所受電場力等于洛倫茲力，可以推斷三束正離子的速度肯定相同，且電場方向肯定由a指向b，A項(xiàng)錯誤，C項(xiàng)正確；在右側(cè)磁場中三束正離子運(yùn)動軌跡半徑不同，可知這三束正離子的比荷肯定不相同，B項(xiàng)正確；若將這三束離子改為帶負(fù)電，而其他條件不變的狀況下分析受力可知，三束離子所受電場力仍等于洛倫茲力，故在兩板間仍做勻速直線運(yùn)動，仍能從d孔射出，D項(xiàng)正確．4．(多選)(2024·如皋市其次次質(zhì)檢)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻溝通電極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變更的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中，如圖4所示，要增大帶電粒子射出時的動能，則下列說法中正確的是()圖4A．減小狹縫間的距離B．增大磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度C．增大D形金屬盒的半徑D．增大勻強(qiáng)電場間的加速電壓答案BC解析由洛倫茲力供應(yīng)向心力得qvB＝meq\f(v2,R)，解得v＝eq\f(qBR,m)，則粒子的動能Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(q2B2R2,2m)，知最大動能與加速電壓無關(guān)，與狹縫間的距離無關(guān)，與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和D形盒的半徑有關(guān)，增大磁感應(yīng)強(qiáng)度和D形盒的半徑，可以增加粒子的最大動能，故B、C正確，A、D錯誤．5．(2024·海安中學(xué)月考)如圖5所示，從S處發(fā)出的熱電子經(jīng)加速電壓U加速后垂直進(jìn)入相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，發(fā)覺電子流向上極板偏轉(zhuǎn)．設(shè)兩極板間電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.欲使電子沿直線從電場和磁場區(qū)域通過，只實(shí)行下列措施，其中可行的是()圖5A．適當(dāng)減小加速電壓UB．適當(dāng)減小電場強(qiáng)度EC．適當(dāng)增大加速電場極板之間的距離D．適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B答案B解析依據(jù)左手定則可知電子所受的洛倫茲力的方向豎直向下，而電子所受電場力豎直向上，故電子向上極板偏轉(zhuǎn)的緣由是電場力大于洛倫茲力，所以要使電子在復(fù)合場中做勻速直線運(yùn)動，要么減小電場力，要么增大洛倫茲力．在加速電場中，依據(jù)動能定理eU＝eq\f(1,2)mv2，可得v＝eq\r(\f(2eU,m))，適當(dāng)減小加速電壓U，可以減小電子在復(fù)合場中運(yùn)動的速度v，從而減小洛倫茲力，故A錯誤．適當(dāng)減小電場強(qiáng)度E，可以減小電場力，故B正確．適當(dāng)增大加速電場極板之間的距離，由于兩極板間的電壓沒有變更，所以電子進(jìn)入磁場的速率沒有變更，因此沒有變更電場力和洛倫茲力的大小，故C錯誤．適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B，可以減小洛倫茲力，故D錯誤．6．(多選)如圖6為一利用海流發(fā)電的原理圖，用絕緣材料制成一個橫截面為矩形的管道，在管道的上、下兩個內(nèi)表面裝有兩塊電阻不計的金屬板M、N，板長為a，寬為b，板間的距離為d，將管道沿海流方向固定在海水中，在管道中加一個與前后表面垂直的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，將電阻為R的航標(biāo)燈與兩金屬板連接(圖中未畫出)，海流方向如圖，海流速率為v，下列說法正確的是()圖6A．M板電勢高于N板的電勢B．發(fā)電機(jī)的電動勢為BdvC．發(fā)電機(jī)的電動勢為BavD．管道內(nèi)海水受到的安培力方向向左答案ABD解析海水中的正離子受到的洛倫茲力向上，所以正離子向上偏轉(zhuǎn)，即M板帶正電；負(fù)離子受到的洛倫茲力向下，所以負(fù)離子向下偏轉(zhuǎn)，即N板帶負(fù)電，所以M板的電勢高于N板的電勢，故A正確；MN兩極板間形成電場，當(dāng)離子所受的洛倫茲力和電場力平衡時，兩板間的電壓穩(wěn)定，可得qeq\f(U,d)＝Bqv，解得U＝Bdv，兩極板間的電壓等于電源的電動勢，即發(fā)電機(jī)的電動勢為Bdv，故B正確，C錯誤；管道內(nèi)海水電流方向向上，依據(jù)左手定則可知，海水所受安培力方向向左，故D正確．7.(2024·鹽城中學(xué)月考)導(dǎo)體導(dǎo)電是導(dǎo)體中的自由電荷定向移動的結(jié)果，這些可以移動的電荷又叫載流子，例如金屬導(dǎo)體中的載流子就是自由電子．現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體材料可以分成兩大類，一類是N型半導(dǎo)體，它的載流子為電子；另一類為P型半導(dǎo)體，它的載流子是“空穴”，相當(dāng)于帶正電的粒子．假如把某種材料制成的長方體放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向如圖7所示，且與前后側(cè)面垂直．長方體中通過水平向右的電流，測得長方體的上、下表面M、N的電勢分別為UM、UN，則該種材料()圖7A．假如是P型半導(dǎo)體，有UM>UNB．假如是N型半導(dǎo)體，有UM<UNC．假如是P型半導(dǎo)體，有UM<UND．假如是金屬導(dǎo)體，有UM<UN答案C8．(多選)(2024·丹陽中學(xué)月考)如圖8表示磁流體發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理：磁場中有兩塊金屬板A、B，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正離子和負(fù)離子，而從整體來說呈電中性)沿圖示方向噴射入磁場，這時金屬板上就聚集了電荷．在磁極配置如圖中所示的狀況下，下列說法正確的是()圖8A．A板帶負(fù)電B．有電流從b經(jīng)用電器流向aC．金屬板A、B間的電場方向向下D．等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)的緣由是離子所受的洛倫茲力大于所受的電場力答案ABD解析依據(jù)左手定則知，正離子向下偏，負(fù)離子向上偏，則A板帶負(fù)電，故A正確；因?yàn)锽板帶正電，A板帶負(fù)電，所以電流的流向?yàn)閺腷經(jīng)用電器流向a，故B正確；因?yàn)锽板帶正電，A板帶負(fù)電，所以金屬板間的電場方向向上，故C錯誤；等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)的緣由是離子所受的洛倫茲力大于所受的電場力，故D正確．9.(多選)(2024·南京市三模)如圖9所示，寬度為d、厚度為h的金屬導(dǎo)體放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)電流通過該導(dǎo)體時，在導(dǎo)體的上、下表面之間會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)．試驗(yàn)表明：當(dāng)磁場不太強(qiáng)時，電勢差U、電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系為U＝keq\f(BI,d)，式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)，設(shè)載流子的電荷量大小為q，金屬導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)目為n，下列說法正確的是()圖9A．導(dǎo)體上表面的電勢大于下表面的電勢B．霍爾系數(shù)為k＝eq\f(1,nq)C．載流子所受電場力的大小F＝qeq\f(U,d)D．載流子所受洛倫茲力的大小F′＝eq\f(BI,nhd)答案BD10．(多選)(2024·蘇錫常鎮(zhèn)一調(diào))電動自行車是一種應(yīng)用廣泛的交通工具，其速度限制是通過轉(zhuǎn)動右把手實(shí)現(xiàn)的，這種轉(zhuǎn)動把手稱“霍爾轉(zhuǎn)把”，屬于傳感器非接觸限制，轉(zhuǎn)把內(nèi)部有永久磁鐵和霍爾元件等，截面如圖10甲所示，永久磁鐵的左右兩側(cè)分別為N、S極．開啟電源時，在霍爾元件的上下面之間加肯定的電壓，形成電流，如圖乙．隨著轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動，其內(nèi)部的永久磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動，霍爾元件能輸出限制車速的電壓，已知車速與霍爾電壓關(guān)系如圖丙．以下關(guān)于“霍爾轉(zhuǎn)把”敘述正確的是()圖10A．為提高限制的靈敏度，應(yīng)將永久磁鐵的磁極改為上、下端分別為N、S極B．按圖甲順時針轉(zhuǎn)動電動車的右把手，車速將變快C．圖乙中從霍爾元件的前、后面輸出限制車速的霍爾電壓D．若霍爾元件的上、下面之間所加電壓正負(fù)極性對調(diào)，將影響車速限制答案BC解析由于在霍爾元件的上下面之間加肯定的電壓，形成電流，當(dāng)永久磁鐵的上下端分別為N、S極時，磁場與霍爾元件內(nèi)載流子的移動方向近似平行，則霍爾元件