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1、第4讲 带电粒子在复合场中运动的实际应用A组 基础巩固1.(2017东城一模)如图所示是磁流体发电机的示意图,两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场。一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量正、负带电粒子)沿垂直于磁场的方向喷入磁场。把P、Q与电阻R相连接。下列说法正确的是( )A.Q板的电势高于P板的电势B.R中有由b向a方向的电流C.若只改变磁场强弱,R中电流保持不变D.若只增大粒子入射速度,R中电流增大答案 D 由左手定则判定,带正电粒子向上偏转至P板,带负电粒子向下偏转至Q板,φP>φQ,A错误。R中电流由a到b
2、,B错误。P、Q两板间电势差U=Bdv,d为P、Q间距,B变化则U变化,则R中电流变化,C错误。v变大,则U变大,R中电流变大,D正确。2.(2018西城期末)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,两平行板水平放置。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来,所以叫做速度选择器。现有一束带电粒子以速度v0从左端水平射入,不计粒子重力。下列判断正确的是( )A.若粒子带正电且速度v0=EB,则粒子将沿图中虚线方向通过速度选择器B.若粒子带负电且速度v0
3、=EB,则粒子将偏离虚线方向向上做曲线运动C.若粒子带正电且速度v0EB,则粒子将偏离虚线方向向上做曲线运动答案 A 不计重力,带正电粒子受竖直向下的电场力Eq,竖直向上的洛伦兹力Bqv0。当Eq=Bqv0时,即v0=EB时,粒子沿直线通过速度选择器,A正确。带负电粒子如果以v0=EB进入速度选择器,所受竖直向上的电场力与竖直向下的洛伦兹力平衡,粒子沿直线通过速度选择器,B错。如果v0>EB,即Eq4、错误。3.(2017丰台二模)如图所示,两平行金属板P、Q水平放置,上极板带正电,下极板带负电;板间存在匀强电场和匀强磁场(图中未画出)。一个带电粒子在两板间沿虚线所示路径做匀速直线运动。粒子通过两平行板后从O点垂直进入另一个垂直纸面向外的匀强磁场中,粒子做匀速圆周运动,经过半个周期后打在挡板MN上的A点。不计粒子重力。则下列说法不正确的是( )A.此粒子一定带正电B.P、Q间的磁场一定垂直纸面向里C.若另一个带电粒子也能做匀速直线运动,则它一定与该粒子具有相同的比荷D.若另一个带电粒子也能沿相同的轨迹运动,则它一定与该粒
5、子具有相同的比荷答案 C 由粒子在磁场中的运动轨迹知,粒子一定带正电,A对;由粒子在两极板间受力平衡知洛伦兹力一定向上,则磁场垂直纸面向里,B对;若另一粒子也做匀速直线运动,则qvB=Eq,v=EB,C错;若轨迹相同,则r=mvqB相等,v相等,则比荷相同,D对。4.利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器,广泛应用于测量和自动控制等领域。图中一块长为a、宽为b、厚为c的半导体样品薄片放在沿y轴正方向的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。当有大小为I、沿x轴正方向的恒定电流通过样品薄片时,会在与z轴垂直的两个侧面之间产生电势差,这一
6、现象称为霍尔效应。其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累,于是上、下表面间建立起电场EH,同时产生霍尔电势差UH。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时,EH和UH达到稳定值,UH的大小与I和B满足关系UH=kHIB,其中kH称为霍尔元件灵敏度。已知此半导体材料是电子导电,薄片内单位体积中导电的电子数为n,电子的电荷量为e。下列说法中正确的是( )A.半导体样品的上表面电势高于下表面电势B.霍尔元件灵敏度与半导体样品薄片的长度a、宽度b均无关C.在其他条件不变时,单位体积中导电的电子数n越大,霍尔元件灵敏
7、度越高D.在其他条件不变时,沿磁场方向半导体薄片的厚度c越大,霍尔元件灵敏度越高答案 B 电子在洛伦兹力的作用下发生偏转,利用左手定则可知电子向上表面偏转和积累,导致上表面电势低于下表面电势,A错误;根据题意,对电子有Bev=EHe,UH=EH·b,I=nevbc,整理可得UH=BInec=kHIB,即kH=1nec,故B正确;由kH=1nec可知,n越大,kH越小;c越大,kH越小,故C、D均错误。5.(2017朝阳期末)如图所示,是回旋加速器的示意图,利用该装置我们可以获得高能粒子,其核心部分为处于匀强磁场中的两个D形盒
8、,两D形盒之间接交流电源,并留有窄缝,粒子在通过窄缝时得到加速,忽略粒子的重力等因素,为了增大某种带电粒子射出时的动能,下列说法正确的是( )A.只增大D形盒的半径B.只增大加速电场的电压C.只增大窄缝的宽度D.只减小磁感应强度答案 A 回旋加速器工作时,带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运
