素養(yǎng)提升20⇒洛倫茲力與現(xiàn)代科技

5/5洛倫茲力與現(xiàn)代科技題型一電磁組合場中的各類儀器質(zhì)譜儀1.作用測量帶電粒子質(zhì)量和分離同位素的儀器。2.原理（如圖所示）（1）加速電場：qU＝12mv2（2）偏轉(zhuǎn)磁場：qvB＝mv2r，l＝2r，由以上兩式可得r＝1B2mUq，m＝q【例1】（2024·河南鄭州統(tǒng)考模擬預(yù)測）如圖甲所示為質(zhì)譜儀工作的原理圖，已知質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從容器A下方的小孔飄入電勢差為U的加速電場，其初速度幾乎為0，經(jīng)電場加速后，由小孔S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。粒子在S點(diǎn)的速度與磁場邊界垂直，最后打在照相底片上的P點(diǎn)，且SP＝x。忽略粒子的重力，通過測量得到x與U的關(guān)系如圖乙所示，已知斜率為k＝0.5m·V－12，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為2×10－4T，π＝3.14，則下列說法中正確的是A.該粒子帶負(fù)電B.該粒子比荷為9×108C/kgC.該粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間約為1.96×10－5sD.若電壓U不變，打到Q點(diǎn)的粒子比荷大于打到P點(diǎn)的粒子聽課記錄回旋加速器1.構(gòu)造如圖所示，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒處于勻強(qiáng)磁場中，D形盒的縫隙處接交流電源。2.原理交流電周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)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(dòng)能由qvmB＝mvm2R、Ekm＝12mvm2，得Ekm＝q24.總時(shí)間粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期，被電場加速兩次，每次增加動(dòng)能qU，加速次數(shù)n＝EkmqU，粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間t＝n2T＝Ekm2qU【例2】回旋加速器在科學(xué)研究中得到了廣泛應(yīng)用，其原理如圖所示。D1和D2是兩個(gè)中空的半圓形金屬盒，置于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場中，他們接在電壓為U、頻率為f的高頻交流電源上。已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形盒的半徑為r。若位于D1圓心處的粒子源A處能不斷產(chǎn)生帶電荷量為q、速率為零的粒子經(jīng)過電場加速后進(jìn)入磁場，當(dāng)粒子被加速到最大動(dòng)能后，再將他們引出。忽略粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，忽略相對(duì)論效應(yīng)，下列說法正確的是（）A.粒子第n次被加速前后的軌道半徑之比為n∶nB.從D形盒出口引出時(shí)的速度為12πC.粒子在D形盒中加速的次數(shù)為πD.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍，同時(shí)改變交流電頻率，該粒子從D形盒出口引出時(shí)的動(dòng)能為4πfqBr2聽課記錄題型二電磁疊加場中的各類儀器電磁疊加場中的各類儀器、規(guī)律和共性裝置原理圖規(guī)律共性規(guī)律速度選擇器若qvB＝Eq，即v＝EB，穩(wěn)定平衡時(shí)電荷所受電場力和洛倫茲力平衡，即qUd＝磁流體發(fā)電機(jī)穩(wěn)定時(shí)，qUd＝qvB，U＝電磁流量計(jì)平衡時(shí)，a、b間的電勢差（U）達(dá)到最大，由qUd＝qvB，可得v＝霍爾元件平衡時(shí)，b、a間的電勢差（U）就保持穩(wěn)定，由qvB＝qUd，可得U＝速度選擇器【例3】（2024·北京東城區(qū)模擬）如圖所示，速度選擇器的兩平行導(dǎo)體板之間有方向互相垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙面向里。一電荷量為＋q的粒子以速度v從S點(diǎn)進(jìn)入速度選擇器后，恰能沿圖中虛線通過。不計(jì)粒子重力，下列說法可能正確的是（）A.電荷量為－q的粒子以速度v從S點(diǎn)進(jìn)入后將向下偏轉(zhuǎn)B.電荷量為＋2q的粒子以速度v從S點(diǎn)進(jìn)入后將做類平拋運(yùn)動(dòng)C.電荷量為＋q的粒子以大于v的速度從S點(diǎn)進(jìn)入后動(dòng)能將逐漸減小D.電荷量為－q的粒子以大于v的速度從S點(diǎn)進(jìn)入后動(dòng)能將逐漸增大聽課記錄磁流體發(fā)電機(jī)【例4】（2024·江蘇蘇州模擬）目前，世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)，立體圖如圖甲所示，側(cè)視圖如圖乙所示，其工作原理是燃燒室在高溫下將氣體全部電離為電子與正離子，即高溫等離子體，高溫等離子體經(jīng)噴管提速后以速度v＝1000m/s進(jìn)入矩形發(fā)電通道，發(fā)電通道有垂直于噴射方向的勻強(qiáng)磁場（圖乙中垂直紙面向里），磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0＝5T，等離子體在發(fā)電通道內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這時(shí)兩金屬薄板上就會(huì)聚集電荷，形成電勢差。已知發(fā)電通道從左向右看長L＝50cm，寬h＝20cm，高d＝20cm，等離子體的電阻率ρ＝4Ω·m，電子的電荷量e＝1.6×10－19C。不計(jì)電子和離子的重力以及微粒間的相互作用，則以下判斷正確的是（）A.發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢為2500VB.若電流表示數(shù)為16A，則1s內(nèi)打在下極板的電子有1010個(gè)C.當(dāng)外接電阻為12Ω時(shí)，電流表的示數(shù)為5AD.當(dāng)外接電阻為8Ω時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出功率最大聽課記錄電磁流量計(jì)【例5】（2024·山東淄博模擬）電磁流量計(jì)是隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型流量測量儀表。主要有直流式和感應(yīng)式兩種。如圖所示直流式電磁流量計(jì)，外加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場垂直于管軸，在豎直徑向a、b處裝有兩個(gè)電極，用來測量含有大量正、負(fù)離子的液體通過磁場時(shí)所產(chǎn)生的電勢差大小U。液體的流量Q可表示為Q＝1k·UABd，其中d為管道直徑，k為修正系數(shù)，用來修正導(dǎo)出公式時(shí)未計(jì)及的因素（如流量計(jì)管道內(nèi)的流速并不均勻等）的影響。那么A應(yīng)該為（A.恒定常數(shù) B.管道的橫截面積C.液體的流速 D.液體中單位時(shí)間內(nèi)流過某一橫截面的電荷量聽課記錄霍爾元件【例6】（2024·北京通州區(qū)模擬）磁敏元件在越來越多的電子產(chǎn)品中被使用，市場上看到的帶皮套的智能手機(jī)就是使用磁性物質(zhì)和霍爾元件等起到開關(guān)控制的，當(dāng)打開皮套，磁體遠(yuǎn)離霍爾元件，手機(jī)屏幕亮；當(dāng)合上皮套，磁體靠近霍爾元件，屏幕熄滅，手機(jī)進(jìn)入省電模式。如圖所示，一塊寬度為d、長為l、厚度為h的矩形半導(dǎo)體霍爾元件，元件內(nèi)的導(dǎo)電粒子是電荷量為e的自由電子，通入水平向右大小為I的電流時(shí)，當(dāng)手機(jī)套合上時(shí)元件處于垂直于上表面、方向向上且磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，于是元件的前、后表面產(chǎn)生穩(wěn)定電勢差UH，以此來控制屏幕熄滅，則下列說法正確的是（）A.前表面的電勢比后表面的電勢高B.自由電子所受洛倫茲力的大小為eC.用這種霍爾元件探測某空間的磁場時(shí)，霍爾元件的擺放方向?qū)H無影響D.若該元件單位體積