第十章磁場微專題16

磁場與現(xiàn)代科技壹考點(diǎn)一質(zhì)譜儀(1)構(gòu)造：如圖所示，由粒子源、加速電場、偏轉(zhuǎn)磁場和照相底片等構(gòu)成．典例1

(2023·如皋期末)質(zhì)譜儀的原理圖如圖所示，虛線AD上方區(qū)域處在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場中，C、D間有一熒光屏．同位素離子源產(chǎn)生電荷量相同的離子a、b，a、b無初速度進(jìn)入加速電場，經(jīng)同一電壓加速后，垂直進(jìn)入磁場，a恰好打在熒光屏C點(diǎn)，b恰好打在D點(diǎn)．不計(jì)離子重力．則(

)A.a、b帶負(fù)電荷B.a的質(zhì)量比b的大C.a在磁場中的運(yùn)動(dòng)速度比b的大D.a在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間比b的長C類題固法11.應(yīng)用質(zhì)譜儀測定有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)的方法稱為質(zhì)譜法．先在離子化室A中將有機(jī)物氣體分子碎裂成兩種帶正電的離子，離子從下方的小孔S飄入電勢差為U的加速電場，其初速度幾乎為0，然后經(jīng)過S1沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場中，最后打到照相底片D上，形成a、b兩條質(zhì)譜線．則(

)A.打到a處的離子的比荷小B.兩種離子進(jìn)入磁場時(shí)的速度相同C.勻強(qiáng)磁場的方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶顳.兩種離子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等A2.如圖所示為一種質(zhì)譜儀的示意圖，由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成．若靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場，在中心線處的電場強(qiáng)度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向外．一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿中心線通過靜電分析器，由P點(diǎn)垂直邊界進(jìn)入磁分析器，最終打到膠片上的Q點(diǎn)，不計(jì)粒子重力．下列說法中錯(cuò)誤的是(

)A.極板M比極板N的電勢高D.若一群粒子從靜止開始經(jīng)過題述過程都落在膠片上的同一點(diǎn)，則該群粒子具有相同的比荷C貳考點(diǎn)二回旋加速器(1)構(gòu)造：如圖所示，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒的縫隙處接交流電源，D形盒處于勻強(qiáng)磁場中．典例2

(2024·揚(yáng)州期末)如圖所示為回旋加速器示意圖，質(zhì)子源置于盒的圓心附近，不計(jì)質(zhì)子通過D形盒狹縫的時(shí)間，則(

)A.僅增大加速電壓，質(zhì)子運(yùn)動(dòng)時(shí)間變長B.僅增大加速電壓，質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能不變C.僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，質(zhì)子運(yùn)動(dòng)時(shí)間變長D.僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能增大B類題固法2A.僅f變?yōu)樵瓉淼?倍 B.僅f變?yōu)樵瓉淼?倍C.僅B變?yōu)樵瓉淼?倍 D.僅B變?yōu)樵瓉淼?倍A2.(2024·南京一中)如圖所示為一種改進(jìn)后的回旋加速器示意圖，其中盒縫間的加速電場場強(qiáng)恒定，且被限制在A、C板間．帶電粒子從P0處以速度v0沿電場線方向射入加速電場，經(jīng)加速后再進(jìn)入D形盒中的勻強(qiáng)磁場做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．對于這種改進(jìn)后的回旋加速器，下列說法中正確的是(

)A.帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速兩次B.P1P2＝P2P3C.加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關(guān)D.加速電場方向需要做周期性的變化C叁考點(diǎn)三速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)、霍爾效應(yīng)1.速度選擇器(如圖甲所示)(1)平行板中電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相垂直．這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來，所以叫速度選擇器．2.磁流體發(fā)電機(jī)(如圖乙所示)(1)磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能．(2)根據(jù)左手定則，如圖乙中的B是發(fā)電機(jī)正極．3.電磁流量計(jì)4.霍爾效應(yīng)在勻強(qiáng)磁場中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢差稱為霍爾電勢差，其原理如圖丁所示．典例3

(2024·湖北卷改編)磁流體發(fā)電機(jī)的原理如圖所示，MN和PQ是兩平行金屬極板，勻強(qiáng)磁場垂直于紙面向里．等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正、負(fù)帶電粒子)從左側(cè)以某一速度平行于極板噴入磁場，極板間便產(chǎn)生電壓．下列說法中正確的是(

)A.極板MN是發(fā)電機(jī)的負(fù)極B.僅增大兩極板間的距離，極板間的電壓減小C.僅增大等離子體的噴入速率，極板間的電壓增大D.僅增大噴入等離子體的正、負(fù)帶電粒子數(shù)密度，極板間的電壓增大C類題固法3B2.(2024·無錫期末調(diào)研)霍爾元件被廣泛使用在新能源行業(yè)中.圖中左側(cè)線圈連接待測電壓

U

時(shí)，霍爾元件將輸出一個(gè)電壓值

UH.霍爾元件由載流子為正電荷的材料制成，元件中通入的霍爾電流I0從a流向b，放大示意圖見右下部分.則(

)A.圖中霍爾元件處有方向向上的磁場B.圖中霍爾元件前表面c為高電勢面C.增大待測電壓U，霍爾電壓UH將增大

D.霍爾電壓UH的大小與霍爾電流I0無關(guān)C肆配套精練一、

選擇題1.(2024·南師附中5月模擬)帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例如圖所示，下列說法中正確的有(

)B.圖乙中，同種帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑越大，周期越小C.圖丙中，帶電粒子從磁場中獲得能量，動(dòng)能增大D.圖丁中，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流從上往下通過電阻RAD3.磁流體發(fā)電機(jī)原理如圖所示，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(

)A.僅增大負(fù)載的阻值，發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢增大B.僅增大兩板間的距離，發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢增大C.僅增強(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，發(fā)電機(jī)兩端的電壓減小D.僅增大磁流體的噴射速度，發(fā)電機(jī)兩端的電壓減小B4.筆記本電腦蓋上屏幕，屏幕蓋板上磁鐵和主板機(jī)殼上“霍爾傳感器”配合，使屏幕進(jìn)入休眠模式，其工作原理如圖所示．當(dāng)電腦蓋上屏幕時(shí)，相當(dāng)于屏幕邊緣的磁極靠近霍爾元件，已知該霍爾元件載流子為電子，下列說法中正確的是(

)A.蓋上蓋板，a端帶正電B.打開蓋板，a端帶正電C.蓋上屏幕過程中，a、b間電勢差逐漸增大D.蓋上屏幕過程中，a、b間電勢差不變C【解析】

無論蓋上蓋板還是打開蓋板，霍爾元件磁場方向均向下，電流方向向左，根據(jù)左手定則可得，載流子受力方向指向a，因此a端帶負(fù)電，A、B錯(cuò)誤；蓋上屏幕過程中，磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，霍爾電壓增大，a、b間電勢差逐漸增大，C正確，D錯(cuò)誤．5.醫(yī)院中需要用血流計(jì)檢測患者身體情況．血流計(jì)原理可以簡化為如圖所示模型，血液內(nèi)含有少量正、負(fù)離子，從直徑為d的血管右側(cè)流入，左側(cè)流出．流量值Q等于單位時(shí)間通過橫截面的液體的體積．空間有垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場，M、N兩點(diǎn)之間可以用電極測出電壓U.下列說法中正確的是(

)A.離子所受洛倫茲力方向均豎直向下B.血液中正離子多時(shí)，M點(diǎn)的電勢高于N點(diǎn)的電勢C.血液中負(fù)離子多時(shí)，M點(diǎn)的電勢高于N點(diǎn)的電勢D6.(2023·南京六校聯(lián)考)如圖甲所示為用金屬材料制成的霍爾元件，其長、寬、高分別為a、b、d.圖乙是檢測電流大小是否發(fā)生變化的裝置．該檢測電流在鐵芯中產(chǎn)生磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度與檢測電流成正比，現(xiàn)給元件通一恒定工作電流I，下列說法中正確的是(

)A.N端應(yīng)與電壓表的正極相連B.要提高檢測靈敏度可適當(dāng)減小高度dC.如果僅將檢測電流反向，電壓表的正、負(fù)接線柱連線位置無需改動(dòng)D.當(dāng)霍爾元件尺寸一定時(shí)，電壓表示數(shù)變大，說明檢測電流變小B二、

計(jì)算題7.(2024·南京、鹽城一模)如圖所示，質(zhì)譜儀是分析研究同位素的重要工具．一離子經(jīng)過電場加速，從O處以速度v0垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，最后打在M點(diǎn)．已知OM＝L，求該離子：(1)從O運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn)的時(shí)間．(2)比荷大?。?1)求出射離子的動(dòng)能Ekm.(2)若離子第2次與第