复合场教师版(洛伦兹力与现代科技).doc

1速度选择器1（12海南2）如图，在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上，磁场方向垂直于纸面向里。一带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板。若不计重力，下列四个物理量中哪一个改变时，粒子运动轨迹不会改变？A粒子速度的大小 B 粒子所带的电荷量C电场强度 D 磁感应强度答案1B2abEB（03广东辽宁33）如右图所示，a、b是位于真空中的平行金属板，a板带正电，b板带负电，两板间的电场为匀强电场，场强为E。同时在两板之间的空间中加匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度为B。一束电子以大小为V0的速度从左边S处沿图中虚线方向入射，虚线平行于两板，要想使电子在两板间能沿虚线运动，则v0、E、B之间的关系应该是（）Av0E/B Bv0B/E CVo Dv0答案4A2质谱仪1（09广东12）图9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E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小【答案】1ABC2（12天津12）对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义，如图所示，质量为m、电荷量为q的铀235离子，从容器A下方的小孔S1不断飘入加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔S2垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做半径为R的匀速圆周运动，离子行进半个圆周后离开磁场并被收集，离开磁场时离子束的等效电流为I，不考虑离子重力及离子间的相互作用。（1）求加速电场的电压U（2）求出在离子被收集的过程中任意时间t内收集到离子的质量M（3）实际上加速电压的大小会在UU范围内微小变化，若容器A中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子，如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离，为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠，应小于多少？（结果用百分数表示，保留两位有效数字）答案2（1）铀粒子在电场中加速到速度v，根据动能定理有进入磁场后在洛伦兹力作用下做圆周运动，根据牛顿第二定律有 由以上两式化简得 （2）在时间t内收集到的粒子个数为N，粒子总电荷量为Q，则 由式解得（3）两种粒子在磁场中运动的轨迹不发生交叠，即不要重合，由可得半径为由此可知质量小的铀235在电压最大时的半径存在最大值 质量大的铀238质量在电压最小时的半径存在最小值所以两种粒子在磁场中运动的轨迹不发生交叠的条件为化简得 3电磁流量计1（09北京23）单位时间内流过管道横截面的液体体积叫做液体的体积流量（以下简称流量）。有一种利用电磁原理测量非磁性导电液体（如自来水、啤酒等）流量的装置，称为电磁流量计。它主要由将流量转换为电压信号的传感器和显示仪表两部分组成。传感器的结构如图所示，圆筒形测量管内壁绝缘，其上装有一对电极和c,a,c间的距离等于测量管内径D，测量管的轴线与a、c的连线方向以及通过电线圈产生的磁场方向三者相互垂直。当导电液体流过测量管时，在电极a、c的间出现感应电动势E，并通过与电极连接的仪表显示出液体流量Q。设磁场均匀恒定，磁感应强度为B。（1）已知D0.40 m，。设液体在测量管内各处流速相同，试求E的大小（取3.0）；（2）一新建供水站安装了电磁流量计，在向外供水时流量本应显示为正值。但实际显示却为负值。经检查，原因是误将测量管接反了，既液体由测量管出水口流入，从入水口流出。因水已加压充满管道。不便再将测量管拆下重装，请你提出使显示仪表的流量指示变为正值的简便方法；（3）显示仪表相当于传感器的负载电阻，其阻值记为 a、c间导电液体的电阻r随液体电阻率的变化而变化，从而会影响显示仪表的示数。试以E、R、r为参量，给出电极a、c间输出电压U的表达式，并说明怎样可以降低液体电阻率变化对显示仪表示数的影响。答案1（1）导电液体通过测量管时，相当于导线做切割磁感线的运动。在电极a、c间切割磁感线的液柱长度为D，设液体的流速为v，则产生的感应电动势为 由流量的定义，有 、式联立解得 代入数据得 1.010-3V（2）能使仪表显示的流量变为正值的方法简便、合理即可，如：改变通电线圈中电流的方向，使磁场B反向；或将传感器输出端对调接入显示仪表。（3）传感器和显示仪表构成闭合电路，由闭合电路欧姆定律 输入显示仪表的是a、c间的电压U，流量显示数和U一一对应。E与液体电阻率无关，而r随电阻率的变化而变化，由式可看出，r变化相应地U也随之变化。在实际流量不变的情况下，仪表显示的流量示数会随a、c间电压U的变化而变化。增大R，使Rr，则UE，这样就可以降低液体电阻率变化对显示仪表流量示数的影响。2（09宁夏16） 医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点的距离为3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160V，磁感应强度的大小为0.040T。则血流速度的近似值和电极a、b的正负为A. 1.3m/s ，a正、b负 B. 2.7m/s ， a正、b负C1.3m/s，a负、b正 D. 2.7m/s ， a负、b正答案2A。【解析】依据右手定则，正离子在磁场中受到洛伦兹力作用向上偏，负离子在磁场中受到洛伦兹力作用向下偏，因此电极a、b的正负为a正、b负；当稳定时，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零，则，可得，A正确。4磁流体发电机1（2010重庆23）法拉第曾提出一种利用河流发电的设想，并进行了实验研究。实验装置的示意图可用题23图表示，两块面积均为S的矩形金属板，平行、正对、竖直地全部浸在河水中，间距为d。水流速度处处相同，大小为v，方向水平。金属板与水流方向平行。地磁场磁感应强度的竖直分量为B，水的电阻为p，水面上方有一阻值为R的电阻通过绝缘导线和电建K连接到两金属板上。忽略边缘效应，求：（1）该发电装置的电动势；（2）通过电阻R的电流强度；（3）电阻R消耗的电功率【答案】（1）Bdv （2） （3）【解析】（1）由法拉第电磁感应定律，有EBdv（2）两板间河水的电阻r=由闭合电路欧姆定律，有I=（3）由电功率公式，P=I2R得P=2、目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机.如图所示，表示了它的原理：将一束等离子体喷射入磁场，在场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压.如果射入的等离子体速度均为v，两金属板的板长为L，板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，电离气体充满两板间的空间.当发电机稳定发电时，电流表示数为I.那么板间电离气体的电阻率为( )A. B.C.D. 5回旋加速器1（09江苏14）1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量为+q ，在加速器中被加速，加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。 （1） 求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比；（2） 求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t ；（3） 实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制。若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为Bm、fm，试讨论粒子能获得的最大动能E。解析2：(1)设粒子第1次经过狭缝后的半径为r1,速度为v1 qu=mv12 qv1B=m解得 同理，粒子第2次经过狭缝后的半径 则 （2）设粒子到出口处被加速了n圈解得 （3）加速电场的频率应等于粒子在磁场中做圆周运动的频率，即当磁场感应强度为Bm时，加速电场的频率应为粒子的动能当时，粒子的最大动能由Bm决定解得当时，粒子的最大动能由fm决定解得 2（08广东4）1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图1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。下列说法正确的是A离子由加速器的中心附近进入加速器B离子由加速器的边缘进入加速器C离子从磁场中获得能量D离子从电场中获得能量答案3AD6霍尔效应7(10北京23)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。如图1，将一金属或半导体薄片垂直置于磁场B中，在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时，另外两侧c、f间产生电势差，这一现象称为霍尔效应。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c、f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以及霍尔元件厚度d之间满足关系式UHRH，其中比例系数RH称为霍尔系数，仅与材料性质有关。（1）设半导体薄片的宽度（c、f间距）为l，请写出UH和EH的关系式;若半导体材料是电子导电的，请判断图1中c、f哪端的电势高;（2）已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n，电子的电荷量为e，请导出霍尔系数RH的表达式。（通过横截面积S的电流InevS，其中v是导电电子定向移动的平均速率）;（3）图2是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体，相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图3所示。a.若在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，请导出圆盘转速N的表达式。b.利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。除此之外，请你展开“智慧的翅膀”，提出另一个实例或设想。【答案】7（1） c端电势高 （2） 提出的实例或设想合理即可【解析】（1） c端电势高（2）由UHRH得：当电场力与洛伦兹力相等时 得： 又 InevS 将、代入得：（3）a. 由于在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，则圆盘转速为 b. 提出的实例或设想合理即可7电视机显像管1、电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示，磁场方向垂直于圆面，磁场区的中心为O，半径为r，当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点。为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度，则此时磁场的磁感应强度B应为多少？答案与解析：设电子的质量为m，电量为e，电子进入磁场时的速度为v。在磁场中做圆周运动的半径为R。电子在电场中加速，有。由牛顿第二定律和洛仑兹力公式有：。从图可知。联立以上三式解得：2、在图8-7甲中，线圈B中不加电流，电子在电场中加速后，不偏转打在坐标原点O，使屏幕中央形成亮点，现在B处加沿Z轴方向的偏转磁场，亮点将偏离原点O打在X轴上的某一点，偏离方向和大小均依赖于磁感应强度B。今使屏上出现沿X轴一条贯穿全屏的水平亮线（电子束水平扫描），则偏转磁感应强度是按图8-7乙中哪个规律变化？图5-6-128电磁泵1在原子反应堆中抽动液态金属等导电液时，由于不允许传动机械部分与这些流体相接触，常使用一种电磁泵图5-6-12表示这种电磁泵的结构将导管置于磁场中，当电流I穿过导电液体时，这种导电液体即被驱动若导管的内截面积为ah，磁场区域的宽度为L，磁感强度为B，液态金属穿过磁场区域的电流为I，请分析电磁泵工作的原理并求驱动所产生的压强差是多大？ 答案：电流I在磁场B中受安培力作用而运动；BI/a图72如图7所示为利用电磁作用输送非导电液体装置的示意图一边长为L、截面为正方形的塑料管道水平放置，其右端面上有一截面积为A的小喷口，喷口离地的高度为h管道中有一绝缘活塞，在活塞的中部和上部分别嵌有两根金属棒a、b，其中棒b的两端与一电压表相连，整个装置放在竖直向上的匀强磁场中当棒a中通有垂直纸面向里的恒定电流I时，活塞向右匀速推动液体从喷口水平射出，液体落地点离喷口的水平距离为S若液体的密度为，不计所有阻力，求：（1）活塞移动的速度； （2）该装置的功率； （3）磁感强度B的大小； （4）若在实际使用中发现电压表的读数变小，试分析其可能的原因答案2(1)液体喷出速度，则由得； (2) 由功能关系得，在时间t内，(3) 又功率p=BILv，故(4)喷口液体的流量减少，活塞移运速度减小，或磁场变小等会引起电压表读数变小9、喷墨打印机1、喷墨打印机的结构简图如图所示，其中墨盒可以发出墨汁微滴，其半径约为105 m，此微滴经过带电室时被带上负电，带电的多少由计算机按字体笔画高低位置输入信号加以控制。带电后的微滴以一定的初速度进入偏转电场，带电微滴经过偏转电场发生偏转后打到纸上，显示出字体.无信号输入时，墨汁微滴不带电，径直通过偏转板而注入回流槽流回墨盒。偏转板长1.6 cm，两板间的距离为0.50 cm，偏转板的右端距纸3.2 cm。若墨汁微滴的质量为1.61010 kg，以20 m/s的初速度垂直于电场方向进入偏转电场，两偏转板间的电压是8.0103 V，若墨汁微滴打到纸上的点距原射入方向的距离是2.0 mm.求这个墨汁微滴通过带电室带的电量是多少？（不计空气阻力和重力，可以认为偏转电场只局限于平行板电容器内部，忽略边缘电场的不均匀性.）为了使纸上的字放大10%，请你分析提出一个可行的方法.答案：设微滴的带电量为q，它进入偏转电场后做类平抛运动，离开电场后做直线运动打到纸上，距原入射方向的距离为 y=at2+Ltan，又a=，t=，tan=，可得y=，代入数据得q=1.251013 C（2分）.要将字体放大10%，只要使y增大为原来的1.1倍，可以增大电压U达8.8103 V，或增大L，使L为3.6 cm10磁流体推进船1、磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用，图1是在平静海面上某实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道（简称通道）组成。如图2所示，通道尺寸a=2.0m、b=0.15m、c=0.10m，工作时，在通道内沿z轴正方向加B=0.8T的匀强磁场；沿x轴负方向加匀强电场，使两极板间的电压U=99.6V；海水沿y轴方向流过通道。已知海水的电阻率=0.20m。（1）船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向；（2）船以vs=5.0m/s的速度匀速前进。以船为参照物，海水以5.0m/s的速率涌入进水口，由于通道的截面积小于进水口的截面积，在通道内海水的速率增加到vd=8.0m/s。求此时金属板间的感应电动势U感。（3）船行驶时，通道中海水两侧的电压按U =U-U感计算，海水受到电磁力的80%可以转换为船的动力。当船以vs=5.0m/s的速度匀速前进时，求海水推力的功率。答案：(1)根据安培力公式,推力F1=I1Bb,其中I1=,R则Ft= N，对海水推力的方向沿y轴正方向(向右)(2)U感=Bu感b=9.6 V(3)根据欧姆定律，I2= A安培推力F2=I2Bb=720 N，对船的推力F=80%F2=576 N，推力的功率P=Fvs=80%F2vs=2 880 W11其他的复合场问题1（09天津11）如图所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应为B,方向垂直xOy平面向里，电场线平行于y轴。一质量为m、电荷量为q的带正电的小球，从y轴上的A点水平向右抛出，经x轴上的M点进入电场和磁场，恰能做匀速圆周运动，从x轴上的N点