专题六 带电粒子在复合场中运动的科技应用-2025届高三物理一轮复习

高考物理总复习课件第十章

磁场专题六带电粒子在复合场中运动的科技应用突破1速度选择器1.平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直.(如图Z6-1)图Z6-12.带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qvB＝3.速度选择器只能选择粒子的速度，不能选择粒子的电性、电荷量、质量.4.速度选择器具有单向性.

【典题1】(2022

年广东大湾区模拟)如图Z6-2所示，M、N为速度选择器的上、下两个带电极板，两极板间有匀强电场和匀强磁场.匀强电场的场强大小为E、方向由M板指向N板，匀强磁场的方向垂直纸面向里.速度选择器左右两侧各有一个小孔P、Q，连线PQ与两极板平行.某种带电微粒以速度v从P孔沿PQ连线射入速度选择器，从Q孔射出.不计微粒重力，下列判断正确的是()图Z6-2B.匀强磁场的磁感应强度大小为A.带电微粒一定带正电vEC.若将该种带电微粒以速率v从Q孔沿QP连线射入，不能从P孔射出D.若将该带电微粒以2v的速度从P孔沿PQ连线射入后将做类平抛运动

解析：若带电微粒带正电，则受到的洛伦兹力向上，电场力向下，若微粒带负电，受到的洛伦兹力向下，电场力向上，若洛伦兹力等于电场力，微粒沿PQ运动，因此微粒可以带正电也可以带负电，A错误.对微粒受力射入，受到的洛伦兹力和电场力均向上，若带电微粒带正电，从Q孔沿QP连线射入，受到的洛伦兹力和电场力均向下，不可能做直线运动，不能从P孔射出，C正确.若将该带电微粒以2v的速度从P孔沿PQ连线射入后，洛伦兹力大于电场力，微粒做曲线运动，由于洛伦兹力是变力，不可能做类平抛运动，D错误.答案：C突破2质谱仪1.构造：如图Z6-3所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成.图Z6-3

2.原理：粒子由静止在加速电场中被加速，根据动能定理可得

由以上两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷.

【典题2】(2023

年广东深圳一模)质谱仪可以用来分析同位素.如图Z6-4所示，在容器A中有互为同位素的两种原子核，它们可从容器A下方的小孔S1无初速度飘入加速电场，经小孔S3

垂直进入匀强磁场，分别打到M、N两点，距离S3分别为x1、x2.则分别打到M、N的原子核质量之比为()图Z6-4

答案：C突破3回旋加速器1.构造：如图Z6-5所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒处于匀强磁场中，D形盒的缝隙处接交流电源.图Z6-5

2.原理：交流电周期和粒子做圆周运动的周期相等，使粒子每经过一次D形盒缝隙，粒子被加速一次.q2B2R2

2m，粒子获得的最大动能由磁感应强度B和盒半径R决定，与加速电压无关.

【典题3】(2023

年广东广州模拟)1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器(如图Z6-6甲所示)，其原理如图乙所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2

构成，其间留有空隙，现对氚核()加速，所需的高频电源的频率为f，磁感应强度为B，已知)乙元电荷为e，下列说法正确的是(

甲

图Z6-6C.氚核的质量为A.被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径增大而增大B.高频电源的电压越大，氚核最终射出回旋加速器的速度越大eB2πfD.在磁感应强度B和频率f不变时，该加速器也可以对氦核(

)加速可知，被加速的带电粒子在回旋加速器解析：根据周期公式T＝2πm qB中做圆周运动的周期与D型盒半径大小无关，A错误.设D形盒的半径为

答案：C易错点拨回旋加速器加速某种粒子，必须满足粒子在磁场中做圆周运动的周期与电场变化的周期相同，所以比荷相同的粒子可以用同一回旋加速器加速而不需要进行任何调整.

【考点突破1】(2023年广东卷)某回旋加速器，最大回旋半径为0.5m，磁感应强度大小为1.12T，质子加速后获得的最大动能为1.5×107

eV.根据给出的数据，可计算质子经该回旋加速器加速后的最大速率约为(忽略相对论效应，1eV＝1.6×10-19

J)()A.3.6×106

m/sC.5.4×107

m/s

B.1.2×107

m/sD.2.4×108

m/s答案：C突破4磁流体发电机

1.原理：如图Z6-7所示，等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在A、B板上，产生电势差，它可以把离子的动能通过磁场转化为电能.图Z6-72.电源正、负极判断：根据左手定则可判断出图中的B是发电机的正极.则q＝qvB，即U＝Blv.

3.电源电动势U：设A、B平行金属板的面积为S，两极板间的距离为l，磁场磁感应强度为B，等离子气体的电阻率为ρ，喷入气体的速度为v，板外电阻为R.当正、负离子所受电场力和洛伦兹力平衡时，两极板间达到的最大电势差为U(即电源电动势)，Ul

【典题4】(2023

年广东深圳二模)我国科研人员采用全新发电方式——“爆炸发电”，以满足高耗能武器的连续发射需求.其原理如图Z6-8所示，爆炸将惰性气体转化为高速等离子体，射入磁流体动力学发生器，发生器的前后有两强磁极N和S，使得上下)两金属电极之间产生足够高电压，下列说法正确的是(

图Z6-8A.上极板电势比下极板电势低B.仅使L增大，两金属电极间的电动势会变大C.仅使d增大，两金属电极间的电动势会变大D.仅使b增大，两金属电极间的电动势会变大

解析：根据题意，由左手定则可知，正离子受向上的洛伦兹力向上偏转，负离子受向下的洛伦兹力向下偏转，则上极板电势比下极板电势高，A错误.当上下两金属电极之间产生足够高电压L和b无关，与d有关，且仅使d增大，两金属电极间的电动势会变大，B、D错误，C正确.答案：C突破5电磁流量计1.流量(Q)的定义：单位时间流过导管某一截面的导电液体的体积.2.公式：Q＝Sv；S为导管的横截面积，v是导电液体的流速.3.导电液体的流速(v)的计算.

如图Z6-9所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向右流动.导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下发生偏转，使a、b间出现电势差，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差U达到最大，图Z6-9＝4.流量的表达式：Q＝Sv＝πd2

U

πdU

·. 4Bd4B5.电势高低的判断：根据左手定则可得φa>φb.不计，下列说法不正确的是()

【典题5】如图

Z6-10所示，一即插式电磁流量计的圆管道(用非磁性材料做成)置于磁感应强度B＝0.05T的匀强磁场中，污水充满圆管，向左流动，稳定时测得管壁上下a、b两点间的电压为U＝10mV，已知管道的半径为R＝0.2m，a、b连线，管道轴线和匀强磁场的方向三者相互垂直，污水中的正负离子的重力忽略...图Z6-10A.a点的电势高于b点的电势B.水流的速度为0.5m/sC.单位时间内流过管道横截面的水的体积为0.2πm3/s

D.若测得一段管道左右两侧管口需施加的压强差为Δp＝1×104

Pa才能保证水流稳定，则这段管道对水的阻力为Ff＝400πN

解析：由左手定则可知正离子受到洛伦兹力向上偏，负离子受到洛伦兹力向下偏，当电场力和洛伦兹力平衡时，出现稳定的电B正确.单位时间内流过管道横截面的水的体积为Q＝Sv＝πR2v＝π×0.22×0.5m3/s＝0.02πm3/s，C错误.水匀速流过受力平衡，即

答案：C

突破6霍尔元件

1.定义：高为h、宽为d的导体(自由电荷是电子或正电荷)置于匀强磁场B中，当电流通过导体时，在导体的上表面A和下表面A′之间产生电势差，这种现象称为霍尔效应，此电压称为霍尔电压. 2.电势高低的判断：如图Z6-11，导体中的电流I向右时，根据左手定则可得，若自由电荷是电子，则下表面A′的电势高.若自由电荷是正电荷，则下表面A′的电势低.图Z6-11

3.霍尔电压的计算：导体中的自由电荷(电子)在洛伦兹力作用下偏转，A、A′间出现电势差，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力

【典题6】(2023

年浙江卷)某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图Z6-12所示，通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场B＝k1I，通有待测电流I′的直导线ab垂直穿过螺绕环中心，在霍尔元件处产生的磁场B′＝k2I′.调节电阻R，当电流表示数为I0

时，元件输出霍尔电压UH

为零，则待测电流I′的方向和大小分别为()图Z6-12

解析：根据安培定则可知螺绕环在霍尔元件处产生的磁场方向竖直向下，则要使元件输出霍尔电压UH

为零，直导线ab在霍尔元件处产生的磁场方向应竖直向上，根据安培定则可知待测电流I′的方向应该是b→a；元件输出霍尔电压UH

为零，则霍尔元件答案：D

【考点突破2】(多选)一长方体电阻率为ρ的载流P型半导体(载流子为空穴正电荷)，长、宽、厚分别为a、b、c，其中a>b>c，置于匀强磁场B中，方向垂直于P型半导体上表面，现将金属板用图Z6-13甲、乙两种方式接到内阻可不计的电源两端，合上开关后在P型半导体前后表面(即Ⅰ、Ⅱ面)将产生电势差.已知电流I与空穴正电荷定向移动的速率v关系为I＝nqvS(n为P型半导体单位体积内的空穴正电荷个数，q为空穴正电荷的