2010高考物理精品讲练系列学案：电场与磁场在实际中的应用.doc

电场与磁场在实际中的应用要点一 速度选择器 即学即用1.如图所示,一束质量、速度和电荷量不同的正离子垂直地射入匀强磁场和 匀强电场正交的区域里,结果发现有些离子保持原来的运动方向,有些未发生任何偏转.如果让这些不偏转的离子进入另一匀强磁场中,发现这些离子又分裂成几束,对这些进入另一磁场的离子,可得出结论（ ）A.它们的动能一定各不相同B.它们的电荷量一定各不相同C.它们的质量一定各不相同D.它们的电荷量与质量之比一定各不相同答案 D要点二 质谱仪 即学即用2.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要仪器,它的构造如图所示.设从离子源S产生出来的正离子初速度为零,经过加速电场加速后,进入一平行板电容器C中,电场强度为E的电场和磁感应强度为B1的磁场相互垂直,具有某一速度的离子将沿图中所示的直线穿过两板间的空间而不发生偏转,再进入磁感应强度为B2的匀强磁场,最后打在记录它的照相底片上的P点.若测得P点到入口处S1的距离为s,证明离子的质量为m=.答案 离子被加速后进入平行板电容器,受到的水平的电场力和洛伦兹力平衡才能够竖直向上进入上面的匀强磁场,由qvB1=qE得v=E/B1,在匀强磁场中,将v代入,可得m=.要点三 回旋加速器 即学即用3.回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器,其核心部分是两个D形金属盒,两盒分别和一高频交流电源两极相接,以便在盒间的窄缝中形成匀强电场,使粒子每次穿过狭缝都得到加速,两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,离子源置于盒的圆心附近.若离子源射出的离子电荷量为q,质量为m,粒子最大回转半径Rm,其运动轨迹如图所示.求:（1）两个D形盒内有无电场?（2）离子在D形盒内做何种运动?（3）所加交流电频率是多大?（4）离子离开加速器的速度为多大?最大动能为多少?答案 （1）无电场（2）做匀速圆周运动,每次加速之后半径变大（3）（4） 要点四 霍尔效应 即学即用4.如图所示,厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面A和下侧面A之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应.实验表明,当磁场不太强时,电势差U、电流I和B的关系为U=k.式中的比例系数k称为霍尔系数.霍尔效应可解释如下:外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧,在导体板的另一侧会出现多余的正电荷,从而形成横向电场.横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力.当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差.设电流I是由电子的定向流动形成的,电子的平均定向速度为v,电荷量为e,回答下列问题:（1）达到稳定状态时,导体板上侧面A的电势 下侧面A的电势（填“高于”“低于”或“等于”）;（2）电子所受的洛伦兹力的大小为 ;（3）当导体板上下两侧之间的电势差为U时,电子所受静电力的大小为 ;（4）由静电力和洛伦兹力平衡的条件,证明霍尔系数为k=,其中n代表导体板单位体积中电子的个数.答案 （1）低于 （2）evB（3）e（4）由F=F电得evB=e U=hvB导体中通过的电流I=nevdh由U=k得hvB=k=k得k=题型1 带电粒子在组合场中运动【例1】如图所示,在y0的空间中存在匀强电场,场强沿y轴负方向;在y0）,质量为m的小球P在球面上做水平的匀速圆周运动,圆心为O.球心O到该圆周上任一点的连线与竖直方向的夹角为（0/2）.为了使小球能够在该圆周上运动,求磁感应强度大小的最小值及小球P相应的速率.（重力加速度为g）答案 Bmin=8.（2008海南16）如图所示,空间存在匀强电场和匀强磁场,电场方向为y轴正方向,磁场方向垂直于xy平面（纸面）向外,电场和磁场都可以随意加上或撤除,重新加上的电场或磁场与撤除前的一样.一带正电荷的粒子从P（x=0,y=h）点以一定的速度平行于x轴正向入射.这时若只有磁场,粒子将做半径为R0的圆周运动;若同时存在电场和磁场,粒子恰好做直线运动.现在,只加电场,当粒子从P点运动到x=R0平面（图中虚线所示）时,立即撤除电场同时加上磁场,粒子继续运动,其轨迹与x轴交于M点.不计重力.求:（1）粒子到达x=R0平面时速度方向与x轴的夹角以及粒子到x轴的距离.（2）M点的横坐标xM.答案 章末检测一、选择题（共8小题,每小题6分,共48分）1.如图所示,条形磁铁放在光滑斜面上,用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡,A为水平放置的直导线的截面.导线中无电流时磁铁对斜面的压力为N1;当导线中有电流通过时,磁铁对斜面的压力为N2,此时弹簧的伸长量减小了,则（ ）A.N1N2,A中电流方向向内D.N1N2,A中电流方向向外答案 D2.一个足够长的绝缘斜面,倾角为,置于匀强磁场中,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向里,与水平面平行.如图所示,现有一带电荷量为q、质量为m的小球在斜面顶端由静止开始释放,小球与斜面间的动摩擦因数为,则（ ）A.如果小球带正电,小球在斜面上的最大速度为B.如果小球带正电,小球在斜面上的最大速度为C.如果小球带负电,小球在斜面上的最大速度为D.如果小球带负电,小球在斜面上的最大速度为答案 BC3.如图所示,在光滑的绝缘水平面上,一轻绳连着一个带电小球绕竖直方向的轴O在匀强磁场中做逆时针方向的匀速圆周运动,磁场方向竖直向下（本图为俯视图）.若小球运动到圆周上的A点时,从绳子的连接处脱离,脱离后仍在磁场中运动,则关于以后小球运动情况以下说法中正确的是（ ）A.小球可能做逆时针的匀速圆周运动,半径不变B.小球可能做逆时针的匀速圆周运动,半径减小C.小球可能做顺时针的匀速圆周运动,半径不变D.小球可能做顺时针的匀速圆周运动,半径增大答案 ACD4.金属棒MN两端用细软导线连接后,悬挂于a、b两点,且使其水平,棒的中部处于水平方向的匀强磁场中,磁场方向垂直于金属棒,如图所示.当棒中通有M流向N的恒定电流时,悬线对棒有拉力.为了减小悬线中的拉力,可采用的办法有 （ ）A.适当增大磁场的磁感应强度B.使磁场反向C.适当减小金属棒中的电流强度D.使电流反向答案 A5.（2009邢台质检）如图所示的天平可用于测定磁感应强度,天平的右臂下面挂有一个不计重力的矩形线圈,宽度为L,共N匝,线圈下端悬在匀强磁场中,磁场方向垂直纸面.当线圈中通有方向如图所示的电流I时,在天平左右两边加上质量各为m1、m2的砝码,天平平衡,当电流反向（大小不变）时,右边再加上质量为m的砝码后,天平重新平衡,由此可知（ ）A.磁感应强度的方向垂直于纸面向里,大小为B.磁感应强度的方向垂直于纸面向里,大小为C.磁感应强度的方向垂直于纸面向外,大小为D.磁感应强度的方向垂直于纸面向外,大小为答案 B6.在某地上空同时存在着匀强的电场与磁场,一质量为m的带正电小球,在该区域内沿水平方向向右做直线运动,如图所示,关于场的分布情况可能的是（ ）A.该处电场方向和磁场方向重合B.电场竖直向上,磁场垂直纸面向里C.电场斜向里侧上方,磁场斜向外侧上方,均与v垂直D.电场水平向右,磁场垂直纸面向里答案 ABC7.环形对撞机是研究高能粒子的重要装置,其核心部件是一个高度真空的圆环状的空腔.若带电粒子初速度可视为零,经电压为U的电场加速后,沿圆环切线方向注入对撞机的环状空腔内,空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场,磁感应强度大小为B.带电粒子将被限制在圆环状空腔内运动.要维持带电粒子在圆环内做半径确定的圆周运动,下列说法中正确的是（ ）A.对于给定的加速电压,带电粒子的荷质比q/m越大,磁感应强度B越大B.对于给定的加速电压,带电粒子的荷质比q/m越大,磁感应强度B越小C.对于给定的带电粒子和磁感应强度B,加速电压U越大,粒子运动的周期越小D.对于给定的带电粒子和磁感应强度B,不管加速电压U多大,粒子运动的周期都不变答案 BD8.如图所示,长方形abcd长ad=0.6 m,宽ab=0.3 m,O、e分别是ad、bc的中点,以ad为直径的半圆内有垂直纸面向里的匀强磁场（边界上无磁场）,磁感应强度B=0.25 T.一群不计重力、质量m=310-7 kg、电荷量q=+210-3 C的带电粒子以速度v=5102 m/s沿垂直于ad方向且垂直于磁场射入磁场区域 （ ）A.从Od边射入的粒子,出射点全部分布在Oa边B.从aO边射入的粒子,出射点全部分布在ab边C.从Od边射入的粒子,出射点分布在Oa边和ab边D.从aO边射入的粒子,出射点分布在ab边和be边答案 D二、计算论述题（共4小题,共52分,其中9、10小题各12分,11、12小题各14分）9.质量为m、长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上,通过MN的电流为I,匀强磁场的磁感应强度为B,方向与导轨平面成角斜向下,如图所示,求棒MN所受的支持力大小和摩擦力大小.答案 BILcos+mg BILsin10.（2009昌平质检）带电粒子的质量m=1.710-27 kg,电荷量q=1.610-19 C,以速度v=3.2106 m/s,沿着垂直于磁场方向同时又垂直于磁边界的方向射入匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度B=0.17 T,磁场的宽度l=10 cm.求:（1）带电粒子离开磁场时的速度多大?速度方向与入射方向之间的偏折角多大?（2）带电粒子在磁场中运动的时间多长?离开磁场时偏离入射方向的距离多大?答案 （1）3.2106 m/s30（2）3.310-8 s2.7 cm11.如图所示为置于真空中的实验装置.质量为m、电荷量为e、初速度为0的电子在加速电压为U的加速电场加速后垂直进入匀强的偏转电场,之后又进入被测的匀强磁场（电子速度方向与磁场方向垂直）.电子从刚进入磁场P1到刚离开磁场P2两点间的距离为d.试求磁场的磁感应强度.答案 12.如图所示,在坐标系Oxy的第一象限中存在沿y轴正方向的匀强电场,场强大小