2024-2025学年下学期高二物理人教版同步经典题精练之质谱仪与回旋加速器

第42页（共42页）2024-2025学年下学期高中物理人教版（2019）高二同步经典题精练之质谱仪与回旋加速器一．选择题（共5小题）1．（2024秋•广州校级期末）质谱仪在物理研究中起着非常重要的作用。如图为质谱仪的工作原理示意图，粒子源产生的带电粒子经加速电场加速后，进入速度选择器，速度选择器内相互正交的匀强磁场的磁感应强度大小和匀强电场的电场强度大小分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B0，不计粒子重力和粒子间作用力。下列说法正确的是（）A．该粒子带负电 B．速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向里 C．能通过狭缝P的粒子的速率为2ED．粒子打在胶片上的位置离狭缝P越远，粒子的比荷qm2．（2024秋•莲湖区校级期末）如图所示，甲是质谱仪，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，下列说法正确的是（）A．甲图中，在三种同位素由静止加速进入磁场所形成的三条质谱线中，c对应的比荷最小 B．乙图中，可判断出A极板是发电机的正极 C．丙图中，粒子沿直线通过速度选择器时，粒子的速度与粒子的电荷量有关 D．丁图中，若导体为金属，则稳定时C板电势低3．（2025•仓山区校级模拟）人体血管状况及血液流速可以反映身体健康状态。血管中的血液通常含有大量的正负离子。如图，血管内径为d，血流速度v方向水平向右。现将方向与血管横截面平行，且垂直纸面向内的匀强磁场施于某段血管，其磁感应强度大小恒为B，当血液的流量（单位时间内流过管道横截面的液体体积）一定时（）A．血管上侧电势低，血管下侧电势高 B．若血管内径变小，则血液流速变小 C．血管上下侧电势差与血液流速无关 D．血管上下侧电势差变大，说明血管内径变小4．（2024秋•杭州期末）如图所示，图甲为磁流体发电机、图乙为质谱仪、图丙为速度选择器（电场强度为E、磁感应强度为B）、图丁为回旋加速器的原理示意图，忽略粒子在图丁的D形盒狭缝中的加速时间，不计粒子重力，下列说法正确的是（）A．图甲中，将一束等离子体喷入磁场，A、B板间产生电势差，A板电势高 B．图乙中，11H、12H从静止经电场加速后射入磁场，打在胶片上的位置靠近PC．图丙中，粒子能够沿直线匀速向右通过速度选择器的速度v=D．图丁中，随着粒子速度的增大，交变电流的频率也应该增大5．（2024秋•河西区期末）如图所示，电荷量相等、质量不同的两种粒子从容器下方的狭缝S1飘入（初速度为零）电场区，经电压为U的电场加速后通过狭缝S2、S3垂直于磁场边界MN射入匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，粒子经磁场偏转后发生分离，最终到达照相底片D上。不考虑粒子重力及粒子间的相互作用，下列说法正确的是（）A．两种粒子进入磁场时的速度相等 B．两种粒子在磁场中运动的时间相等 C．质量大的粒子在磁场中运动的半径较大 D．若电压U变为原来的2倍，则粒子在磁场中运动的轨道半径也变为原来的2倍二．多选题（共4小题）（多选）6．（2024秋•长沙校级期末）2022年12月28日我国中核集团全面完成了230MeV超导回旋加速器自主研制的任务，标志着我国已全面掌握小型化超导回旋加速器的核心技术，进入国际先进行列。置于真空中的D形金属盒半径为R，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，交流加速电压大小恒为U。若用此装置对氘核（12HA．所加的交变电流的周期与氘核在磁场中运动的周期要相等 B．仅减小加速电压U，氘核（12C．粒子获得的最大动能与D形盒的半径R无关 D．若用该加速器加速α粒子（24（多选）7．（2025•乌鲁木齐模拟）速度选择器是质谱仪的重要组成部分，工作时电场和磁场共同作用，能从各种速率的带电粒子中选择出具有一定速率的粒子。下列图示结构中电场方向均水平，磁场方向均垂直纸面，则下列结构能成为速度选择器的是（）A． B． C． D．（多选）8．（2024秋•河西区期末）石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维材料，其载流子为电子。如图甲所示，在长为a，宽为b的石墨烯样品表面加一垂直向里的匀强磁场，磁感应强度为B，电极1、3间通以恒定电流I，电极2、4间将产生电压U。则（）A．电极2的电势比电极4的电势高 B．霍尔电压U与样品长度a成正比 C．霍尔电压U与磁感应强度B成正比 D．霍尔电压U与电极1、3间通过的电流I成正比（多选）9．（2024秋•哈尔滨期末）如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子以不同初速度（不计重力）被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E，平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是（）A．速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外 B．进入B0磁场的粒子，在该磁场中运动时间均相等 C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于EBD．粒子打在胶片上的位置越远离狭缝P，粒子的比荷越小三．填空题（共3小题）10．（2025•福州校级模拟）如图所示是医用回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连。现分别加速氘核（12H）和氦核（24He）。氘核（12H）和氦核（24He）的最大动能之比为，加速氘核（211．（2023秋•越城区校级期末）2020年12月2日22时，经过约19小时月面工作，嫦娥5号完成了月面自动采样封装，这其中要用到许多压力传感器。有些压力传感器是通过霍尔元件将压力信号转化为电信号。如图所示，一块宽为a、长为c、厚为h的长方体半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为﹣e的自由电子。通入方向如图所示的电流时，电子的定向移动速度为v。若元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，此时前表面的电势（填“高于”、“低于”或“等于”）后表面的电势。元件的前、后表面间电压U＝。12．（2024秋•松江区校级月考）如图所示为质谱仪的工作原理图，若干种带电粒子经过加速电场加速后，垂直射入速度选择器，速度选择器中的电场强度大小为E、磁感应强度大小为B1，电场方向、磁场方向、离子速度方向两两垂直。沿直线通过速度选择器的粒子接着进入磁感应强度大小为B2的匀强磁场中，沿着半圆周运动后到达照相底片上形成谱线。（1）速度选择器中的磁场方向为。（2）不计带电粒子所受的重力和带电微粒之间的相互作用，带电粒子通过狭缝P的速度大小为。（3）若测出谱线到狭缝P的距离为x，则带电粒子的比荷为。四．解答题（共3小题）13．（2024秋•通州区期末）某一具有速度选择器的质谱仪的部分结构如图所示，速度选择器A的磁感应强度大小为B1方向垂直于纸面向里。两板间电压为U，距离为d。带正电的粒子以某一速度恰好能通过速度选择器，之后进入偏转分离器B。偏转分离器磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度大小为B2，粒子质量为m、电荷量为e，不计粒子重力。（1）分析说明速度选择器中电场的方向；（2）求粒子进入速度选择器时的速度大小v；（3）求粒子在偏转分离器中运动的时间t。14．（2024秋•海淀区校级期末）加速器在核物理和粒子物理研究中发挥着巨大的作用，回旋加速器是其中的一种。如图所示为回旋加速器的工作原理图。D1和D2是两个中空的半圆金属盒，分别和一高频交流电源两极相连。两盒处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面。位于D1盒圆心附近的A处有一个粒子源，产生质量为m、电荷量为+q的带电粒子。不计粒子的初速度、重力和粒子通过两盒间的缝隙的时间，加速过程中不考虑相对论效应。（1）求所加交流电源的周期T；（2）若已知半圆金属盒的半径为R，请估算粒子离开加速器时获得的最大动能Ekm。15．（2024秋•海淀区校级期末）如图所示为质谱仪的原理图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后，进入粒子速度选择器，选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强为E，方向水平向右。带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从A点既垂直直线MN又垂直于磁场的方向射入偏转磁场。偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场。带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的C点。已知偏转磁场的磁感应强度为B2，带电粒子的重力可忽略不计。求：（1）粒子从加速电场射出时速度的大小；（2）粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向；（3）带电粒子进入偏转磁场的A点到照相底片C点的距离L。

2024-2025学年下学期高中物理人教版（2019）高二同步经典题精练之质谱仪与回旋加速器参考答案与试题解析题号12345答案DDDBC一．选择题（共5小题）1．（2024秋•广州校级期末）质谱仪在物理研究中起着非常重要的作用。如图为质谱仪的工作原理示意图，粒子源产生的带电粒子经加速电场加速后，进入速度选择器，速度选择器内相互正交的匀强磁场的磁感应强度大小和匀强电场的电场强度大小分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B0，不计粒子重力和粒子间作用力。下列说法正确的是（）A．该粒子带负电 B．速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向里 C．能通过狭缝P的粒子的速率为2ED．粒子打在胶片上的位置离狭缝P越远，粒子的比荷qm【考点】与速度选择器相结合的质谱仪．【专题】定量思想；推理法；带电粒子在磁场中的运动专题；推理论证能力．【答案】D【分析】带电粒子在平板下方匀强磁场中的偏转方向为顺时针，由左手定则判断该带电粒子带电性质；能通过狭缝P的粒子在速度选择器中做直线运动，其受力平衡，由平衡条件求得其速率。根据速度选择器中电场方向可知粒子所受电场力方向，粒子所受洛伦兹力方向与电场力方向相反，由左手定则判断磁场方向；带电粒子在平板S下方的磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力求得粒子运动半径，粒子打在胶片上的位置越远离狭缝P，粒子运动半径越大，由此判断粒子的比荷如何变化。【解答】解：A．根据左手定则，结合粒子在磁场中的偏转方向可知，该粒子带正电，故A错误；B．速度选择器中粒子受电场力向右，洛伦兹力方向向左，由左手定则可知磁场方向垂直于纸面向外，故B错误；C．能通过狭缝P的粒子的速率满足Bqv＝qE则v=故C错误；D．粒子在磁场中运动时B0可得粒子打在胶片上的位置x=2可知离狭缝P越远的粒子的比荷qm越小，故D故选：D。【点评】本题考查了质谱仪的工作原理，考查了带电粒子在电磁场中的运动问题。速度选择器的作用是控制进入质谱仪的粒子的速率一定，在质谱仪中通过粒子运动半径的关系，可得到粒子的比荷关系。2．（2024秋•莲湖区校级期末）如图所示，甲是质谱仪，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，下列说法正确的是（）A．甲图中，在三种同位素由静止加速进入磁场所形成的三条质谱线中，c对应的比荷最小 B．乙图中，可判断出A极板是发电机的正极 C．丙图中，粒子沿直线通过速度选择器时，粒子的速度与粒子的电荷量有关 D．丁图中，若导体为金属，则稳定时C板电势低【考点】与速度选择器相结合的质谱仪；霍尔效应与霍尔元件；速度选择器．【专题】定性思想；推理法；带电粒子在磁场中的运动专题；推理论证能力．【答案】D【分析】粒子进入磁场后做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，结合半径表达式分析；磁流体发电机就是利用带电粒子受洛伦兹力原理，结合左手定则判断正负极；速度选择器是因为达到某一速度的粒子受力平衡做匀速直线运动；霍尔元件中的粒子受到洛伦兹力的作用在元件一侧聚集。【解答】解：A．甲图粒子在电场中被加速，由动能定理得qU=洛伦兹力提供向心力，粒子进入磁场后做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得qvB=粒子轨道半径r=在三种同位素由静止加速进入磁场所形成的三条质谱线中，c对应的比荷最大，故A错误；B．乙图由左手定则可知，带正电的粒子偏向下极板，则可判断出A极板是发电机的负极，故B错误；C．丙图中粒子沿直线通过速度选择器，则qvB＝qE可得v=则粒子沿直线通过速度选择器时，粒子的速度与粒子的电荷量无关，故C错误；D．丁图中若导体为金属，由左手定则可知，电子偏向C极板，则稳定时C板电势低，故D正确。故选：D。【点评】本题考查了洛伦兹力的应用相关知识，掌握用左手定则判断洛伦兹力的方向。3．（2025•仓山区校级模拟）人体血管状况及血液流速可以反映身体健康状态。血管中的血液通常含有大量的正负离子。如图，血管内径为d，血流速度v方向水平向右。现将方向与血管横截面平行，且垂直纸面向内的匀强磁场施于某段血管，其磁感应强度大小恒为B，当血液的流量（单位时间内流过管道横截面的液体体积）一定时（）A．血管上侧电势低，血管下侧电势高 B．若血管内径变小，则血液流速变小 C．血管上下侧电势差与血液流速无关 D．血管上下侧电势差变大，说明血管内径变小【考点】电磁流量计；左手定则判断洛伦兹力的方向．【专题】定量思想；推理法；带电粒子在复合场中的运动专题；推理论证能力．【答案】D【分析】A.根据左手定则，即可分析判断；B.根据血液的流量含义，即可分析判断；CD.稳定时，带电离子所受洛伦兹力等于所受的电场力，据此列式，结合前面分析，即可判断求解。【解答】解：A.根据左手定则可知，正带电离子向血管上侧偏转，负带电离子向血管下侧偏转，则血管上侧电势高，血管下侧电势低，故A错误；B.设血液的流量为V，若血管内径变小，则血管的横截面积变小，根据V＝Sv可知，血液流速变大，故B错误；CD.稳定时，带电离子所受洛伦兹力等于所受的电场力，则有：qvB=可得U＝dvB，又有：v=联立可得：U=根据U=4VBπd、V＝Sv可知，血管上下侧电势差变大，说明血管内径变小，血液的流速变化，则血管内径一定改变，则血管上下侧电势差改变，所以血管上下侧电势差与血液流速有关，故故选：D。【点评】本题考查电磁流量计，解题时需注意，电磁流量计的本质依旧是带电粒子在磁场的作用下发生偏转，正负电荷在垂直于运动方向的两端聚集，在闭合回路中形成电势差，当电势差稳定时，粒子受到的电场力与洛伦兹力平衡。4．（2024秋•杭州期末）如图所示，图甲为磁流体发电机、图乙为质谱仪、图丙为速度选择器（电场强度为E、磁感应强度为B）、图丁为回旋加速器的原理示意图，忽略粒子在图丁的D形盒狭缝中的加速时间，不计粒子重力，下列说法正确的是（）A．图甲中，将一束等离子体喷入磁场，A、B板间产生电势差，A板电势高 B．图乙中，11H、12H从静止经电场加速后射入磁场，打在胶片上的位置靠近PC．图丙中，粒子能够沿直线匀速向右通过速度选择器的速度v=D．图丁中，随着粒子速度的增大，交变电流的频率也应该增大【考点】与加速电场相结合的质谱仪；回旋加速器；磁流体发电机；速度选择器．【专题】定量思想；推理法；带电粒子在磁场中的运动专题；推理论证能力．【答案】B【分析】理解不同仪器的工作原理，根据题目选项，结合牛顿第二定律和动能定理逐一完成分析。【解答】解：A．根据左手定则可知正离子向下偏转、负离子向上偏转，A、B板间产生电势差，B板电势高，故A错误；B．图乙中，粒子经过电场加速，根据动能定理有qU=根据洛伦兹力提供向心力，则有qvB=解得R=比荷越小，R越大，打在胶片上的位置靠近P的粒子是11HC．根据受力平衡有qvB＝qE解得v=故C错误；D．图丁中，回旋加速器正常工作时，交变电流的周期等于做圆周运动的周期，粒子做圆周运动的周期为T=周期与速度大小无关，保持不变，交流电的周期不变，频率也不变，故D错误。故选：B。【点评】本题主要考查了回旋加速器等仪器的相关应用，理解不同仪器的工作原理，结合牛顿第二定律和动能定理即可完成分析。5．（2024秋•河西区期末）如图所示，电荷量相等、质量不同的两种粒子从容器下方的狭缝S1飘入（初速度为零）电场区，经电压为U的电场加速后通过狭缝S2、S3垂直于磁场边界MN射入匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，粒子经磁场偏转后发生分离，最终到达照相底片D上。不考虑粒子重力及粒子间的相互作用，下列说法正确的是（）A．两种粒子进入磁场时的速度相等 B．两种粒子在磁场中运动的时间相等 C．质量大的粒子在磁场中运动的半径较大 D．若电压U变为原来的2倍，则粒子在磁场中运动的轨道半径也变为原来的2倍【考点】与速度选择器相结合的质谱仪；带电粒子由电场进入磁场中的运动．【专题】定量思想；推理法；带电粒子在电场中的运动专题；带电粒子在磁场中的运动专题；推理论证能力．【答案】C【分析】由动能定理，可得到粒子进入磁场时的速度表达式，分析两种粒子的速度大小是否相等；由洛伦兹力提供向心力，结合粒子的速度，即可得到粒子在磁场中运动的时间表达式，即可半径两种粒子在磁场中运动的时间是否相等；由洛伦兹力提供向心力，可得到粒子在磁场中运动的半径表达式，即可半径半径的相对大小，根据半径表达式，即可得到电压对半径的影响关系。【解答】解：A、由动能定理，可知：qU=12mvB、由洛伦兹力提供向心力qvB=mv2r，圆周运动的周期为：T=2CD、由洛伦兹力提供向心力qvB=mv2r若电压U变为原来的2倍，则粒子在磁场中运动的轨道半径变为原来的2倍，故D错误。故选：C。【点评】本题考查与速度选择器结合的质谱仪，关键是根据动能定理、洛伦兹力提供向心力，得到速度、时间、轨道半径的表达式，再结合数学知识，即可比较。二．多选题（共4小题）（多选）6．（2024秋•长沙校级期末）2022年12月28日我国中核集团全面完成了230MeV超导回旋加速器自主研制的任务，标志着我国已全面掌握小型化超导回旋加速器的核心技术，进入国际先进行列。置于真空中的D形金属盒半径为R，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，交流加速电压大小恒为U。若用此装置对氘核（12HA．所加的交变电流的周期与氘核在磁场中运动的周期要相等 B．仅减小加速电压U，氘核（12C．粒子获得的最大动能与D形盒的半径R无关 D．若用该加速器加速α粒子（24【考点】回旋加速器．【专题】定量思想；推理法；带电粒子在磁场中的运动专题；推理论证能力．【答案】AB【分析】根据回旋加速器原理分析，由洛伦兹力提供向心力，结合动能定理，求解加速次数表达式，根据表达式分析。【解答】解：A．根据回旋加速器原理，为了保证每次氘核经过狭缝时均被加速，所加的交变电流的周期与氘核在磁场中运动的周期要相等，故A正确；BC．当粒子在磁场的轨迹半径等于D形金属盒半径R时，粒子的动能最大，由洛伦兹力提供向心力得qv可得Ekm粒子在电场中加速，根据动能定理可得nqU=解得n=可知仅减小加速电压U，氘核（12H）加速次数增多；粒子获得的最大动能与D形盒的半径R有关，故BD．回旋加速器交流电源的频率应等于带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的频率，氘核（12H）和α粒子比荷相同，在同一磁场中做匀速圆周运动的频率相同，则用该加速器加速α粒子（24故选：AB。【点评】本题考查回旋加速器的应用，关键是理解回旋加速器能持续加速粒子的条件：粒子在磁场中圆周运动的周期，与交变电源的周期相等。（多选）7．（2025•乌鲁木齐模拟）速度选择器是质谱仪的重要组成部分，工作时电场和磁场共同作用，能从各种速率的带电粒子中选择出具有一定速率的粒子。下列图示结构中电场方向均水平，磁场方向均垂直纸面，则下列结构能成为速度选择器的是（）A． B． C． D．【考点】速度选择器．【专题】定性思想；推理法；带电粒子在磁场中的运动专题；理解能力．【答案】BC【分析】根据速度选择器的原理进行分析。【解答】解：带电粒子在速度选择器中受电场力和洛伦兹力，若带电粒子可沿虚线做直线运动，则电场力与洛伦兹力为一对平衡力，二力等大反向，即qE＝qBv。结合带电粒子受电场力方向和左手定则，AD选项仪器中带电粒子受到的电场力和洛伦兹力同向，不满足题意；BD选项仪器中的带电粒子受到的电场力和洛伦兹力方向相反，满足题意。故AD错误，BC正确。故选：BC。【点评】本题考查速度选择器的应用，关键是理解粒子做匀速直线运动时的受力特点。（多选）8．（2024秋•河西区期末）石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维材料，其载流子为电子。如图甲所示，在长为a，宽为b的石墨烯样品表面加一垂直向里的匀强磁场，磁感应强度为B，电极1、3间通以恒定电流I，电极2、4间将产生电压U。则（）A．电极2的电势比电极4的电势高 B．霍尔电压U与样品长度a成正比 C．霍尔电压U与磁感应强度B成正比 D．霍尔电压U与电极1、3间通过的电流I成正比【考点】霍尔效应与霍尔元件．【专题】定量思想；比例法；带电粒子在复合场中的运动专题；推理论证能力．【答案】CD【分析】由左手定则，可知载流子受力偏转方向，结合载流子的电性，可知电极电势的相对高低；稳定状态下，粒子所受到的洛伦兹力与电场力平衡，可得到霍尔电压表达式，分析其影响因素。【解答】解：A、由左手定则，可知载流子受力向电极2偏转，结合载流子带负电，可知电极4的电势比电极2的电势高，故A错误；BCD、若霍尔元件单位体积内的自由电子个数为n，元件的厚度为d，则电流的微观表达式为：I＝nevbd；稳定状态下，粒子所受到的洛伦兹力与电场力平衡，则：eU可得到霍尔电压为：U=BIned，即U与a无关；U与B成正比；U与I成正比，故B故选：CD。【点评】本题考查霍尔元件的应用，关键是理解稳定状态下，粒子的洛伦兹力与电场力平衡。（多选）9．（2024秋•哈尔滨期末）如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子以不同初速度（不计重力）被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E，平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是（）A．速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外 B．进入B0磁场的粒子，在该磁场中运动时间均相等 C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于EBD．粒子打在胶片上的位置越远离狭缝P，粒子的比荷越小【考点】与速度选择器相结合的质谱仪．【专题】定量思想；推理法；带电粒子在复合场中的运动专题；理解能力．【答案】ACD【分析】粒子经过速度选择器时所受的电场力和洛伦兹力平，根据带电粒子在磁场中的偏转方向判断电荷的电性。根据平衡求出粒子经过速度选择器的速度。通过带电粒子在磁场中的偏转，根据半径的大小判断粒子比荷的大小。【解答】解：A.根据带电粒子在磁场中的偏转方向，根据左手定则知，该粒子带正电，则在速度选择器中电场力水平向右，则洛伦兹力水平向左，根据左手定则知，磁场方向垂直纸面向外，故A正确；B.进入B0磁场的粒子速度相同，根据T=2πmqC.能通过狭缝P的带电粒子，在过速度选择器时做直线运动，则qE＝qvB解得v=EB，故D.进入偏转电场后，则qvB0=解得r=则可知r越大，粒子打在胶片上的位置越远离狭缝P，粒子的比荷越小，故D正确。故选：ACD。【点评】解决本题的关键知道粒子在速度选择器中做匀速直线运动，在磁场中做匀速圆周运动。三．填空题（共3小题）10．（2025•福州校级模拟）如图所示是医用回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连。现分别加速氘核（12H）和氦核（24He）。氘核（12H）和氦核（24He）的最大动能之比为1：2，加速氘核（21H【考点】回旋加速器．【专题】定性思想；推理法；带电粒子在磁场中的运动专题．【答案】见试题解答内容【分析】带电粒子最后从回旋加速器中出来时的速度最大，根据qvB＝mv2R，比较粒子的速度；再根据EK=1在回旋加速器中的周期T=2【解答】解：根据qvB＝mv2R，得v最大动能EK=12mv2则氘核（12H）和氦核（24He）的最大动能之比为1带电粒子在磁场中运动的周期T=2因两粒子的比荷qm相等，所以加速氘核（21H）和氦核（24He故答案为：1：2，1：1。【点评】解决本题的关键知道回旋加速器是利用电场加速，磁场偏转来加速粒子。以及知道粒子在磁场中运动的周期和交流电的周期相同。11．（2023秋•越城区校级期末）2020年12月2日22时，经过约19小时月面工作，嫦娥5号完成了月面自动采样封装，这其中要用到许多压力传感器。有些压力传感器是通过霍尔元件将压力信号转化为电信号。如图所示，一块宽为a、长为c、厚为h的长方体半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为﹣e的自由电子。通入方向如图所示的电流时，电子的定向移动速度为v。若元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，此时前表面的电势低于（填“高于”、“低于”或“等于”）后表面的电势。元件的前、后表面间电压U＝avB。【考点】霍尔效应与霍尔元件．【专题】信息给予题；定量思想；推理法；磁场磁场对电流的作用；推理论证能力．【答案】低于；avB。【分析】根据左手定则得出电子受到的洛伦兹力方向，结合电子的电性得出电势的高低；根据电场力和洛伦兹力的等量关系得出电压的表达式。【解答】解：磁场方向竖直向下，根据左手定则可知，电子所受的洛伦兹力方向向外，则前表面积累了电子，前表面的电势比后表面的电势低；当电子匀速通过霍尔元件时，洛伦兹力与电场力平衡，根据平衡条件evB解得元件的前、后表面间电压U＝avB。故答案为：低于；avB。【点评】本题主要考查了霍尔效应的相关应用，解题的关键是明确自由电荷在复合场中受力平衡，易错点在于利用左手定则判断电荷的移动，从而判断后面的电势高。12．（2024秋•松江区校级月考）如图所示为质谱仪的工作原理图，若干种带电粒子经过加速电场加速后，垂直射入速度选择器，速度选择器中的电场强度大小为E、磁感应强度大小为B1，电场方向、磁场方向、离子速度方向两两垂直。沿直线通过速度选择器的粒子接着进入磁感应强度大小为B2的匀强磁场中，沿着半圆周运动后到达照相底片上形成谱线。（1）速度选择器中的磁场方向为垂直纸面向外。（2）不计带电粒子所受的重力和带电微粒之间的相互作用，带电粒子通过狭缝P的速度大小为EB1（3）若测出谱线到狭缝P的距离为x，则带电粒子的比荷为2Ex【考点】与速度选择器相结合的质谱仪．【专题】应用题；学科综合题；定量思想；方程法；带电粒子在磁场中的运动专题；推理论证能力．【答案】（1）垂直纸面向外；（2）EB1；（3）【分析】粒子经加速电压加速，根据加速电压可知，粒子带正电，粒子在速度选择器中受到的电场力与洛伦兹力应大小相等，根据左手定则，可以判断出速度选择器中磁场的方向；带电粒子经加速后进入速度选择器，速度为v=EB1【解答】解：（1）由题意及粒子在磁场中做圆周运动的轨迹可知，粒子带正电。由于带电粒子在竖直方向沿直线通过速度选择器，所以在水平方向受合外力为零，粒子受电场力方向向右，则粒子所受洛伦兹力方向向左，由左手定则可知，磁场方向为垂直纸面向外；（2）由题意可知带电粒子沿直线通过速度选择器，设带电粒子通过狭缝P的速度为v，对粒子，由平衡条件可得：qE＝qvB1，解得：v=（3）根据粒子的轨迹运动图结合几何关系可得：粒子运动的轨迹半径为：r带电粒子在磁场中做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力可得：qv联立以上解得：qm故答案为：（1）垂直纸面向外；（2）EB1；（3）【点评】质谱仪工作原理应采取分段分析的方法，即粒子加速阶段、速度选择阶段、在磁场中运动阶段。四．解答题（共3小题）13．（2024秋•通州区期末）某一具有速度选择器的质谱仪的部分结构如图所示，速度选择器A的磁感应强度大小为B1方向垂直于纸面向里。两板间电压为U，距离为d。带正电的粒子以某一速度恰好能通过速度选择器，之后进入偏转分离器B。偏转分离器磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度大小为B2，粒子质量为m、电荷量为e，不计粒子重力。（1）分析说明速度选择器中电场的方向；（2）求粒子进入速度选择器时的速度大小v；（3）求粒子在偏转分离器中运动的时间t。【考点】与速度选择器相结合的质谱仪．【专题】定量思想；推理法；带电粒子在复合场中的运动专题；推理论证能力．【答案】（1）速度选择器中的电场方向为水平向左；（2）粒子进入速度选择器时的速度大小为Ud（3）粒子在偏转分离器中运动的时间为πmq【分析】（1）由左手定则，可知粒子受到的洛伦兹力方向，根据粒子在速度选择器中做匀速直线运动，可知粒子受到的电场力方向及电场方向；（2）由粒子可在速度选择器中做匀速直线运动，可得到粒子进入速度选择器时的速度大小；（3）由洛伦兹力提供向心力及圆周运动的特点，即可计算粒子在偏转分离器中运动的时间。【解答】解：（1）由左手定则，可知粒子受到的洛伦兹力水平向右，根据粒子在速度选择器中做匀速直线运动，可知粒子受到的电场力方向水平向左；而粒子为正电荷，故电场方向为水平向左；（2）由粒子可在速度选择器中做匀速直线运动，可知：eUd=evB1，可知粒子进入速度选择器时的速度大小为（3）由洛伦兹力提供向心力evB2=mv2r，圆周运动中：答：（1）速度选择器中的电场方向为水平向左；（2）粒子进入速度选择器时的速度大小为Ud（3）粒子在偏转分离器中运动的时间为πme【点评】本题考查与速度选择器结合的质谱仪问题，关键是利用匀速直线运动、圆周运动的运动状态，找到受力的关系式。14．（2024秋•海淀区校级期末）加速器在核物理和粒子物理研究中发挥着巨大的作用，回旋加速器是其中的一种。如图所示为回旋加速器的工作原理图。D1和D2是两个中空的半圆金属盒，分别和一高频交流电源两极相连。两盒处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面。位于D1盒圆心附近的A处有一个粒子源，产生质量为m、电荷量为+q的带电粒子。不计粒子的初速度、重力和粒子通过两盒间的缝隙的时间，加速过程中不考虑相对论效应。（1）求所加交流电源的周期T；（2）若已知半圆金属盒的半径为R，请估算粒子离开加速器时获得的最大动能Ekm。【考点】回旋加速器．【专题】定量思想；推理法；带电粒子在磁场中的运动专题；推理论证能力．【答案】（1）所加交流电源的周期T为2πm（2）粒子离开加速器时获得的最大动能Ekm为q2【分析】（1）根据粒子在磁场中运动的周期公式即可求出；（2）由洛伦兹力提供向心力求得半径最大时的速度和动能。【解答】解：（1）粒子在电场中运动时间极短，因此高频交变电流频率要等于粒子回旋频率，T=（2）根据洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律可得：qv解得：vm=答：（1）所加交流电源的周期T为2πm（2）粒子离开加速器时获得的最大动能Ekm为q2【点评】解决本题的关键知道回旋加速器利用磁场偏转和电场加速实现加速粒子，最大速度决定于D形盒的半径。15．（2024秋•海淀区校级期末）如图所示为质谱仪的原理图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后，进入粒子速度选择器，选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强为E，方向水平向右。带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从A点既垂直直线MN又垂直于磁场的方向射入偏转磁场。偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场。带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的C点。已知偏转磁场的磁感应强度为B2，带电粒子的重力可忽略不计。求：（1）粒子从加速电场射出时速度的大小；（2）粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向；（3）带电粒子进入偏转磁场的A点到照相底片C点的距离L。【考点】与速度选择器相结合的质谱仪．【专题】定量思想；推理法；带电粒子在电场中的运动专题；带电粒子在磁场中的运动专题；带电粒子在复合场中的运动专题；推理论证能力．【答案】（1）粒子从加速电场射出时的速度大小为2qU（2）磁感应强度大小为Em（3）粒子在磁场中运动时的距离为2B【分析】（1）由动能定理，可知粒子从加速电场射出时的速度大小；（2）由粒子可以沿直线匀速直线通过速度选择器，可计算磁感应强度的大小和方向；（3）由洛伦兹力提供向心力，可计算粒子在磁场中运动时的距离。【解答】解：（1）由动能定理，qU=12mv（2）由粒子可以沿直线匀速直线通过速度选择器，可知qE＝qvB1，且洛伦兹力水平向左；可知磁感应强度的大小为B1由左手定则，可知磁感应强度方向为垂直于纸面向外；（3）由洛伦兹力提供向心力，qvB2=mv2r，粒子在磁场中运动时的距离为答：（1）粒子从加速电场射出时的速度大小为2qU（2）磁感应强度大小为Em（3）粒子在磁场中运动时的距离为2B【点评】本题考查质谱仪的分析，关键是理解粒子在场中的运动状态与运动特点的对应情况。

考点卡片1．左手定则判断洛伦兹力的方向【知识点的认识】1.左手定则的内容：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向（如下图）。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。2.洛伦兹力的方向垂直于磁场方向和电荷运动方向决定的平面。【命题方向】如图所示，重力不计的带正电粒子水平向右进入匀强磁场，对该带电粒子进入磁场后的运动情况，下列判断正确的是（）A、粒子向上偏转B、粒子向下偏转C、粒子不偏转D、粒子很快停止运动分析：带电粒子在磁场中运动，才受到洛伦兹力作用而发生偏转．由左手定则可确定洛伦兹力的方向，再根据运动与力的关系可确定运动轨迹．解答：带正电粒子垂直进入匀强磁场中，受到垂直向上的洛伦兹力作用，从而使粒子向上偏转。故选：A。点评：电荷在磁场中静止，则一定没有磁场力，而电荷在磁场中运动，才可能有洛伦兹力，当运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大．【解题思路点拨】洛伦兹力的方向（1）f⊥B，f⊥v，f垂直于B、v共同确定的平面，但B与v不一定垂直。（2）洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化。但无论怎么变化，洛伦兹力都与运动方向垂直，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小。2．带电粒子由电场进入磁场中的运动【知识点的认识】1.带电粒子在电场、磁场组合场中的运动是指粒子从电场到磁场，或从磁场到电场的运动。通常按时间的先后顺序分成若干个小过程，在每一运动过程中从粒子的受力性质、受力方向和速度方向的关系入手，分析运动性质。2.一般的分析思路为：（1）划分过程：将粒子运动的过程划分为几个不同的阶段，对不同的阶段选取相应的规律处理。（2）找关键：确定带电粒子在场区边界的速度（包括大小和方向）是解决该类问题的关键，（3）画运动轨迹：根据受力分析和运动分析大致画出粒子的运动轨迹图，有利于形象、直观地解决问题。3.本考点旨在针对粒子从电场进入磁场的情况。【命题方向】如图所示，直角坐标系中的第Ⅰ象限中存在沿y轴负方向的匀强电场，在第Ⅱ象限中存在垂直纸面向外的匀强磁场。一电量为q、质量为m的带正电的粒子，在﹣x轴上的点a以速率v0，方向和﹣x轴方向成60°射入磁场，然后经过y轴上y＝L处的b点垂直于y轴方向进入电场，并经过x轴上x＝2L处的c点。不计重力。求：（1）磁感应强度B的大小；（2）电场强度E的大小；（3）粒子在磁场和电场中的运动时间之比。分析：（1）由几何知识求出粒子的轨道半径，然后由牛顿第二定律求出磁感应强度大小。（2）粒子在电场中做类平抛运动，由类平抛运动规律求出电场强度大小。（3）求出粒子在磁场中的运动时间与在电场中的运动时间，然后求出时间之比。解答：（1）粒子的运动轨迹如图所示：由几何知识可得：r+rsin30°＝L，粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径：r=23粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qv0B＝mv0解得：B=3（2）粒子在电场中做类平抛运动，水平方向：2L＝v0t，竖直方向：L=12at2=1解得：E=m（3）粒子在磁场中做圆周运动的周期：T=2由几何知识可知，粒子在磁场中转过的圆心角：θ＝180°﹣60°＝120°，粒子在磁场中做圆周运动的时间：t1=θ360°T粒子在电场中的运动时间：t2=2粒子在磁场和电场中的运动时间之比：t1答：（1）磁感应强度B的大小为3m（2）电场强度E的大小为mv（3）粒子在磁场和电场中的运动时间之比为2π点评：本题考查了粒子在磁场与电场中的运动，分析清楚粒子的运动过程、应用牛顿第二定律与类平抛运动规律、粒子做圆周运动的周期公式即可正确解题，解题时要注意数学知识的应用。【解题思路点拨】解决带电粒子在组合场中的运动问题的方法3．速度选择器【知识点的认识】1.速度选择器的原理图如下：2.特点：粒子匀速垂直穿过正交的匀强磁场和匀强电场时，根据qvB＝qE，可得粒子的速度必为v=E【命题方向】如图所示为一速度选择器，内有一磁感应强度为B，方向垂直纸面向外的匀强磁场，一束粒子流以速度v水平射入，为使粒子流经磁场时不偏转（不计重力），则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，关于这处电场场强大小和方向的说法中，正确的是（）A.大小为BvB.大小为BvC.大小为Bv，方向向下，与粒子带何种电荷无关D.大小为Bv，方向向上，与粒子带何种电荷无关分析：首先根据粒子做匀速直线运动，可判断粒子的电场力和洛伦兹力相等，即可得知电场强度和磁场强度的关系。再分别假设粒子带正电或负电，可知电场的方向，并发现电场的方向与电性无关。解答：为使粒子不发生偏转，粒子所受到电场力和洛伦兹力是平衡力，即为qvB＝qE，所以电场与磁场的关系为：E＝vB，所以选项AB错误。假设粒子带正电，则受到向下的洛伦兹力，则电场力就应向上，电场向上；若粒子带负电，洛伦兹力向上，电场力向下，电场仍然向上。所以电场力的方向始终向上，与粒子的电性无关。选项C错误，选项D正确。故选：D。点评：在速度选择器中，粒子的受力特点：同时受到方向相反的电场力和洛伦兹力作用；粒子能匀速通过选择器的条件：电场力和洛伦兹力平衡，即qvB＝qE，v=EB【解题思路点拨】速度选择器的解题出发点在于受力平衡，粒子想要从做直线运动则必然有洛伦兹力等于电场力，即qvB＝qE。4．与加速电场相结合的质谱仪【知识点的认识】本考点旨在针对粒子先经过加速电场加速再进入质谱仪的情况。1.质谱仪示意图如下2.质谱仪的作用：分析粒子的性质，测定粒子的质量，研究同位素。3.质谱仪例的相关参数：（1）加速电场中：qU=1（2）偏转磁场中：Bqv=m（3）轨迹半径：R=1（4）照相底片上间距；d＝2ΔR。【命题方向】质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示．离子源S产生的各种不同正离子束（速度可看作为零），经加速电场（加速电场极板间的距离为d、电势差为U）加速，然后垂直进入磁感应强度为B的有界匀强磁场中做匀速圆周运动，最后到达记录它的照相底片P上．设离子在P上的位置与入口处S1之间的距离为x．（1）求该离子的荷质比qm（2）若离子源产生的是带电量为q、质量为m1和m2的同位素离子（m1＞m2），它们分别到达照相底片上的P1、P2位置（图中未画出），求P1、P2间的距离Δx．分析：（1）根据粒子在磁场中的运动半径，通过半径公式求出粒子的速度，再根据动能定理得出粒子的比荷．（2）根据动能定理、半径公式求出粒子打到照相机底片上位置与入口处的距离，从而求出P1、P2间的距离Δx．解答：（1）离子在电场中加速，由动能定理得：qU=12mv2离子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得：qBv＝mv2由①②式可得：q（2）由①②式可得粒子m1在磁场中的运动半径是r1，则：r对离子m2，同理得：r∴照相底片上P1、P2间的距离：Δx＝2（r1﹣r2）=2答：（1）求该离子的荷质比qm（2）P1、P2间的距离Δx=2点评：本题考查了带电粒子在电场中的加速和在磁场中的偏转，结合牛顿第二定律和运动学公式综合求解．【解题思路点拨】明确质谱仪的构造和工作原理。它是由加速电场和偏转磁场对接而成，在电场中加速后进入磁场，进而在磁场中作半圆运动，在加速电场中用动能定理qU=12mv2-12mv05．与速度选择器相结合的质谱仪【知识点的认识】本考点旨在针对粒子先经过速度选择器再进入质谱仪的情况。1.质谱仪示意图如下2.质谱仪的作用：分析粒子的性质，测定粒子的质量，研究同位素。3.质谱仪例的相关参数：（1）加速电场中：qU=1（2）偏转磁场中：Bqv=m（3）轨迹半径：R=1（4）照相底片上间距；d＝2ΔR。【命题方向】如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E．平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2．平板S下方有强度为B0的匀强磁场。下列表述不正确的是（）A、质谱仪是分析同位素的重要工具B、速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C、能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于ED、能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于E分析：带电粒子经加速后进入速度选择器，速度为v=EB粒子可通过选择器，然后进入B0，打在解答：A、进入B0的粒子满足qm=vB0B、假设粒子带正电，则受电场力向右，由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外，故B正确；C、由qE＝qvB，得v=EB，此时离子受力平衡，可沿直线穿过选择器，故D、由qm=vB0故选：D。点评：质谱仪工作原理应采取分段分析的方法，即粒子加速阶段，速度选择阶段，在磁场中运动阶段。【解题思路点拨】明确质谱仪的构造和工作原理。它是由加速电场和偏转磁场对接而成，在电场中加速后进入磁场，进而在磁场中作半圆运动，在加速电场中用动能定理qU=12mv2-12mv06．回旋加速器【知识点的认识】1.回旋加速器示意图如下：2.回旋加速器的原理：用磁场控制轨道、用电场进行加速。D1和D2是两个中空的半圆金属盒，它们之间有一定的电势差U，盒内部空间由于静电平衡无电场，电压U在两盒之间的缝隙处产生加速电场。盒中心A处的粒子源产生的带电粒子，在两盒之间被电场加速。两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，磁场使粒子做匀速圆周运动，从而使粒子在缝隙处被加速后再回到缝隙处再被加速。两盒间的交变电势差一次一次地改变正负，保证粒子每次都能被加速。【命题方向】回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图为回旋加速器的示意图。D1、D2是两个中空的铝制半圆形金属扁盒，在两个D形盒正中间开有一条狭缝，两个D形盒接在高频交流电源上。在D1盒中心A处有粒子源，产生的带正电粒子在两盒之间被电场加速后进入D2盒中。两个D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，带电粒子在磁场力的作用下做匀速圆周运动，经过半个圆周后，再次到达两盒间的狭缝，控制交流电源电压的周期，保证带电粒子经过狭缝时再次被加速。如此，粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过狭缝，一次一次地被加速，速度越来越大，运动半径也越来越大，最后到达D形盒的边缘，沿切线方向以最大速度被导出。已知带电粒子的电荷量为q，质量为m，加速时狭缝间电压大小恒为U，磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R，狭缝之间的距离为d。设从粒子源产生的带电粒子的初速度为零，不计粒子受到的重力，求：（1）带电粒子能被加速的最大动能Ek；（2）带电粒子在D2盒中第n个半圆的半径；（3）若带电粒子束从回旋加速器输出时形成的等效电流为I，求从回旋加速器输出的带电粒子的平均功率P。分析：（1）根据qvB＝mv2R知，当R最大时，速度最大，求出最大速度，根据EK=1（2）粒子被加速一次所获得的能量为qU，求出第n次加速后的动能EKn=12mvn2（3）根据电流的定义式I=Qt和Q＝Nq以及P解答：（1）粒子在D形盒内做圆周运动，轨道半径达到最大时被引出，具有最大动能。设此时的速度为v，有：qvB＝mv2R可得粒子的最大动能Ek=12mv（2）粒子被加速一次所获得的能量为qU，粒子在D2盒中被第2n﹣1次加速后的动能为EKn=12mvn2=q因此第n个半圆的半径Rn=1（3）带电粒子质量为m，电荷量为q，带电粒子离开加速器时速度大小为v，由牛顿第二定律知：qvB＝mv2R带电粒子运动的回旋周期为：T=2由回旋加速器工作原理可知，交变电源的频率与带电粒子回旋频率相同，由周期T与频率f的关系可得：f=1设在t时间内离开加速器的带电粒子数为N，则带电粒子束从回旋加速器输出时的平均功率P＝N12输出时带电粒子束的等效电流为：I=Nqt由上述各式得P=答：（1）带电粒子能被加速的最大动能q2（2）带电粒子在D2盒中第n个半圆的半径1Bq（3）若带电粒子束从回旋加速器输出时形成的等效电流为I，求从回旋加速器输出的带电粒子的平均功率B2点评：解决本题的关键知道回旋加速器利用磁场偏转和电场加速实现加速粒子，粒子在磁场中运动的周期和交流电的周期相等，注意第3问题，建立正确的物理模型是解题的关键。【解题思路点拨】明确回旋加速器的构造和工作原理。它是由加速电场和偏转磁场对接而成，在电场中加速后进入磁场，进而在磁场中作半圆运动，在加速电场中用动能定理qU=12mv2-12mv07．霍尔效应与霍尔元件【知识点的认识】一、霍尔效应1．霍尔效应：置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则垂直于电流和磁场方向会产生一个附加的横向电场，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应．霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用而引起的偏转，所以可以用高中物理中的电磁学、力学、运动学等有关知识来进行解释．霍尔效应原理的应用常见的有：霍尔元件、磁流体发电机、电磁流量计、磁强计等．【命题方向】利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差UCD，下列说法中正确的是（）A.电势差UCD仅与材料有关B.若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD＜0C.仅增大磁感应强度时，电势差UCD变大D.在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平分析：在霍尔元件中，移动的是自由电子，根据左手定则判断出电子所受洛伦兹力方向，从而知道两侧面所带电荷的电性，即可知道C、D两侧面会形成电势差UCD的正负。CD间存在电势差，之间就存在电场，电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，根据平衡推导出电势差UCD与什么因素有关。解答：A、根据左手定则，电子向C侧面偏转，C表面带负电，D表面带正电，所以D表面的电势高，则UCD＜0．CD间存在电势差，之间就存在电场，电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c，有qUb=qvB，I＝nqvS＝nqvbc，则U=BInqc．故D、在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，应将元件的工作面保持竖直，让磁场垂直通过。故D错误。故选：BC。点评：解决本题的关键知道霍尔元件中移动的是自由电子，以及自由电子在