- 2021-05-27 发布 |
- 37.5 KB |
- 11页
申明敬告: 本站不保证该用户上传的文档完整性,不预览、不比对内容而直接下载产生的反悔问题本站不予受理。
文档介绍
专题38 电磁技术的应用-2019高考物理一轮复习专题详解
知识回顾 速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应的比较 速度选择器 磁流体发电机 电磁流量计 霍尔效应 相同点 (1)电场、磁场都是正交的 (2)工作原理都涉及电场力与洛伦兹力的平衡:Bqv=qE 不同点 电场是外加的 电场是粒子偏转引起的 电场是粒子偏转引起的 电场是粒子偏转引起的 对入射粒子的电性无要求 入射粒子是高温等离子体 含有离子的流体 由单一载流子形成的电流 除粒子速度方向与电、磁场正交外还有特定要求 垂直磁场入射 磁场垂直于流体 磁场垂直于电流 备注 ①对于电解液(酸、碱、盐)这类载流体不会发生霍尔效应②载流子是形成电流的带电粒子,如金属中的载流子是自由电子 化繁为简究实质 例题分析 【例1】 (多选)(2017年南通高三二调)如图所示,含有H、H、He的带电粒子束从小孔O1处射入速度选择器,沿直线O1O2运动的粒子在小孔O2处射出后垂直进入偏转磁场,最终打在P1、P2两点.则( ) A.打在P1点的粒子是He B.打在P2点的粒子是H和He C.O2P2的长度是O2P1长度的2倍 D.粒子在偏转磁场中运动的时间都相等 【答案】 BC 【例2】 (多选)回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用,其原理如图所示.D1和D2是两个中空的半圆形金属盒,置于与盒面垂直的匀强磁场中,它们接在电压为U、周期为T的交流电源上.位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子(初速度可以忽略),它们在两盒之间被电场加速.当质子被加速到最大动能Ek后,再将它们引出.忽略质子在电场中的运动时间,则下列说法中正确的是( ) A.若只增大交变电压U,则质子的最大动能Ek会变大 B.若只增大交变电压U,则质子在回旋加速器中运行的时间会变短 C.若只将交变电压的周期变为2T,仍可用此装置加速质子 D.质子第n次被加速前、后的轨道半径之比为∶ 【答案】 BD 【例3】 (2017年厦门高三一质检)如图甲,坐标系xOy,x轴水平向右,y轴竖直向上.空间存在着磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直xOy平面向里,沿y轴存在一匀强电场(图中未画出).一质量为M、长度为L的光滑绝缘杆CD,放置于y轴,杆的中点位置恰好与坐标原点O重合,现有一质量为m,带+q的小环套在杆的中点位置,恰好处于静止状态.重力加速度为g. (1)求匀强电场的电场强度大小和方向; (2)若杆以速度v沿+x方向匀速运动,求小环离开杆的上端C时的位置坐标; (3)若t=0时刻撤去电场,同时有一外力F(未知)使杆沿+x方向平移,发现小环沿y方向运动的加速度ay随时间t变化如图乙(图中坐标值为已知量),t2时刻小环离开杆的上端C;请你写出杆沿+x方向运动时速度vx随时间t变化的关系式,并求出0~t2时间内外力F做的功. 【解析】 (1)对小环,处于静止状态qE=mg 解得E= 方向为+y方向 (2)对小环,+x方向匀速运动x=vt +y方向匀加速运动=at2 a= 解得x= 小环位置坐标为 对棒,动能增加量ΔEk1=Mv-0 其中vx==解得ΔEk1=M2 对小环,动能增加量ΔEk2=mv2t2-0=m(v+v) 用图乙的正负面积之和可表示t2时刻的y方向速度 vy= 解得ΔEk2=m 对小环,ΔEp=mgL 外力F做的功W=ΔEk1+ΔEk2+ΔEp W=M2+m+mgL。 专题练习 1.(多选)(2017年银川一中一模)导体导电是导体中自由电荷定向移动的结果,这些可以定向移动的电荷又叫载流子,例如金属导体中的载流子就是电子.现代广泛应用的半导体材料分为两大类;一类是N型半导体,其载流子是电子,另一类是P型半导体,其载流子称为“空穴”,相当于带正电的粒子.如果把某种导电材料制成长方体放在匀强磁场中,磁场方向如图所示,且与长方体的前后侧面垂直,当长方体中通有向右的电流I时,测得长方体的上下表面的电势分别为φ上和φ下,则( ) A.如果φ上>φ下,长方体一定是N型半导体 B.如果φ上>φ下,长方体一定是P型半导体 C.如果φ上<φ下,长方体一定是P型半导体 D.如果φ上>φ下,长方体可能是金属导体 【答案】:CD 2.(多选)如图所示,导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间,线圈中电流为I,线圈间产生匀强磁场,磁感应强度大小B与I成正比,方向垂直于霍尔元件的两侧面,此时通过霍尔元件的电流为IH,与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足:UH=k,式中k为霍尔系数,d为霍尔元件两侧面间的距离.电阻R远大于RL,霍尔元件的电阻可以忽略,则( ) A.霍尔元件前表面的电势低于后表面 B.若电源的正负极对调,电压表将反偏 C.IH与I成正比 D.电压表的示数与RL消耗的电功率成正比 【答案】:CD 【解析】 :由左手定则可判定,霍尔元件的后表面积累负电荷,前表面电势较高,故A错.由电路关系可见,当电源的正、负极对调时,通过霍尔元件的电流IH和所在空间的磁场方向同时反向,前表面的电势仍然较高,故B错.由电路可见,=,则IH=I,故C正确.RL的热功率PL=IRL=2RL=,因为B与I成正比,故有:UH=k=k′=k′=PL,可得知UH与PL成正比,故D正确. 3.如图所示,沿直线通过速度选择器的正离子从狭缝S射入磁感应强度为B2的匀强磁场中,偏转后出现的轨迹半径之比为R1∶R2=1∶2,则下列说法正确的是( ) A.离子的速度之比为1∶2 B.离子的电荷量之比为1∶2 C.离子的质量之比为1∶2 D.以上说法都不对 【答案】:D 4.(多选)粒子回旋加速器的工作原理如图所示.置于真空中的D形金属盒的半径为R,两金属盒间的狭缝很小,磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直,高频交流电源的频率为f,加速电场的电压为U,若中心粒子源处产生的质子质量为m,电荷量为+e,在加速器中被加速.不考虑相对论效应,则下列说法正确的是 ( ) A.不改变磁感应强度B和交流电的频率f,该加速器也可加速α粒子 B.加速的粒子获得的最大动能随加速电场的电压U增大而增大 C.质子被加速后的最大速度不能超过2πRf D.质子第二次和第一次经过D形盒间狭缝后轨道半径之比为∶1 【答案】:CD 5. (多选)(2017年陕西师范大学附属中学模拟)霍尔元件广泛应用于测量和自动控制等领域,霍尔元件一般用半导体材料制成,有的半导体中的载流子(自由电荷)是自由电子,有的半导体中的载流子是空穴(相当于正电荷).如图所示为用半导体材料制成的霍尔元件的工作原理示意图,磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下,通入电流I的方向如图所示,C、D两侧面会形成电势差.则下列说法中正确的是( ) A.若元件的载流子是自由电子,则D侧面的电势高于C侧面的电势 B.若元件的载流子是空穴,则D侧面的电势高于C侧面的电势 C.在测地球赤道上方的地磁场时,元件的工作面应保持竖直 D.在测地球赤道上方的地磁场时,元件的工作面应保持水平 【答案】:AC 6. (多选)(2017年江苏泰州模拟)如图所示为一利用海流发电的原理图,用绝缘材料制成一个横截面为矩形的管道,在管道的上、下两个内表面装有两块电阻不计的金属板M、N,板长为a,宽为b,板间的距离d,将管道沿海流方向固定在海水中,在管道中加与前后表面垂直的匀强磁场,磁感应强度大小为B,将航标灯与两金属板连接(图中未画出).海流方向如图,海流速率为v,下列说法正确的是( ) A.M板电势高于N板的电势 B.该海流发电机的电动势为Bdv C.该海流发电机的电动势为Bav D.管道内海水受到的安培力方向向左 【答案】:ABD 【解析】:海水中的正离子受到的洛伦兹力方向向上,所以正离子向上偏转,即M板带正电;负离子受到的洛伦兹力方向向下,所以负离子向下偏转,N板带负电,可知M板的电势高于N板的电势,故A正确;M、N两板间形成电场,当离子所受的洛伦兹力和电场力平衡时,两板间的电压稳定,即q=Bqv,得U=Bdv,两板间电压即该海流发电机的电动势,故B正确,C错误;根据左手定则知,管道内电流方向向上,故海水所受安培力方向向左,D正确. 7.一台质谱仪的工作原理如图所示,电荷量均为+q、质量不同的离子飘入电压为U0的加速电场,其初速度几乎为零.这些离子经加速后通过狭缝O沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场,最后打在底片上.已知放置底片的区域MN=L,且OM=L.某次测量发现MN中左侧区域MQ损坏,检测不到离子,但右侧区域QN仍能正常检测到离子.在适当调节加速电压后,原本打在MQ的离子即可在QN检测到. (1)求原本打在MN中点P的离子质量m; (2)为使原本打在P的离子能打在QN区域,求加速电压U的调节范围; (3)为了在QN区域将原本打在MQ区域的所有离子检测完整,求需要调节U的最少次数.(取lg2=0.301,lg3=0.477,lg5=0.699) 【解析】:离子在电场中加速,qU0=mv2 在磁场中做匀速圆周运动,qvB=m, 解得r= 代入r=L,解得m= (3)由(1)可知,r∝ 由题意知,第1次调节电压到U1,使原本打在Q点的离子打在N点,= 此时,原本半径r1的打在Q1的离子打在Q上, =,解得r1=2L 第2次调节电压到U2,使原本打在Q1的离子打在N点,原本半径为r2的打在Q2的离子打在Q上,则 =,=,解得r2=3L 同理,第n次调节电压,有rn=n+1L 检测完整,有rn≤,解得n≥-1≈2.8 最少次数为3次. 8.如图,静止于A处的离子,经加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器,从P点垂直CF 进入矩形区域的有界匀强电场,电场方向水平向左.静电分析器通道内有均匀辐射分布的电场,已知圆弧虚线的半径为R,其所在处场强为E,方向如图所示.离子质量为m、电荷量为q,=2d、=3d,离子重力不计. (1)求加速电场的电压U; (2)若离子恰好能打在Q点上,求矩形区域QFCD内匀强电场场强E0的值; (3)若撤去矩形区域QFCD内的匀强电场,换为垂直纸面向里的匀强磁场,要求离子能最终打在QF上,求磁场磁感应强度B的取值范围. 【答案】U=ER;E0=;>B≥ (3)离子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得 qBv=m 可得B= 离子能打在QF上,由于既没有从DQ边出去也没有从PF边出去,则离子运动轨迹的边界如图所示. 由几何关系知d查看更多