高三物理 专题8《磁场》第6课时《专题：电场与磁场在实际中的应用》复习测试

用心 爱心 专心 1 第第 6 6 课时课时 专题专题 电场与磁场在实际中的应用电场与磁场在实际中的应用 要点一 速度选择器 即学即用即学即用 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 答案答案 D 要点二 质谱仪 即学即用即学即用 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 E sBqB 2 21 答案答案 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 2 2qB msv E sBqB 2 21 要点三 回旋加速器 即学即用即学即用 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 用心 爱心 专心 2 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 m qB 2m qBRm m RBq 2 m2 22 要点四 霍尔效应 即学即用即学即用 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 d IB 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 ne 1 答案答案 1 低于 2 evB 3 e h U 4 由 F F电得 evB e U hvB h U 导体中通过的电流 I nev d h 由 U k得 hvB k k d IB d IB d vdhBne 得 k ne 1 用心 爱心 专心 3 题型 1 带电粒子在组合场中运动 例例 1 1 如图所示 在 y 0 的空间中存在匀强电场 场强沿 y 轴负方向 在 y 0 的空间中 存在 匀强磁场 磁场方向垂直 xy 平面 纸面 向外 一电荷量为 q 质量为 m 的带正电的运动 粒子 经过 y 轴上 y h 处的点 P1时速率为 v0 方向沿 x 轴正方向 经过 x 轴上 x 2h 处的 P2点 进入磁场 并经过 y 轴上 y 2h 处的 P3点 不计重力 求 1 电场强度的大小 2 粒子到达 P2时速度的大小和方向 3 磁感应强度的大小 答案答案 1 2 与 x 轴成 45 角 3 qh m 2 2 0 v 0 2v qh m 0 v 题型 2 带电粒子在重叠场中运动 例例 2 2 如图所示 在足够大的空间范围内 同时存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀 强磁场 磁感应强度 B 1 57 T 小球 1 带正电 其电荷量与质量之比 4 C kg 所受重力与电 1 1 m q 场力的大小相等 小球 2 不带电 静止放置于固定的水平悬空支架上 小球 1 向右以 v0 23 59 m s 的水平速度与小球 2 正碰 碰后经过 0 75 s 再次相碰 设碰撞前后两小球带电情况不发生改变 且始终保持 在同一竖直平面内 取 g 10 m s2 1 电场强度 E 的大小是多少 2 两小球的质量之比是多少 1 2 m m 答案答案 1 2 5 N C 2 11 题型 3 科技物理 例例 3 3 飞行时间质谱仪可以对气体分子进行分析 如图所示 在真空状态下 脉冲阀 P 喷出微量气体 经激光照射产生不同价位的正离子 自 a 板小孔进入 a b 间的加速 电场 从 b 板小孔射出 沿中线方向进入 M N 板间的偏转控制区 到达探测器 已知 元电荷电荷量为 e a b 板间距为 d 极板 M N 的长度和间距均为 L 不计离子重力及进入 a 板时的初速度 1 当 a b 间的电压为 U1时 在 M N 间加上适当的电压 U2 使离子到达探测器 请导出离子的全部飞行 时间与荷质比 k k 的关系式 m ne 2 去掉偏转电压 U2 在 M N 间区域加上垂直于纸面的匀强磁场 磁感应强度为 B 若进入 a b 间的所有 离子质量均为 m 要使所有的离子均能通过控制区从右侧飞出 a b 间的加速电压 U1至少为多少 答案答案 1 m BeL kU Ld t 32 25 2 2 2 22 1 用心 爱心 专心 4 1 电磁流量计广泛应用于测量可导电流体 如污水 在管中的流量 在单位时间内通过 管内横截面的流体的体积 为了简化 假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一 段管道 其中空部分的长 宽 高分别为图中的 a b c 流量计的两端与输送流体的管道相连接 图中虚 线 图中流量计的上下两面是金属材料 前后两面是绝缘材料 现于流量计所在处加磁感应强度为 B 的匀强 磁场 磁场方向垂直于前后两面 当导电流体稳定地流经流量计时 在管外将流量计上 下两表面分别与一串 接了电阻 R 的电流表的两端连接 I 表示测得电流值 已知流体的电阻率为 不计电流表的内阻 则可求得流 量为 A B C D a c bR B I c b aR B I b a cR B I a c R B I 答案答案 A 2 目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机 它可以把气体的内能直接转化为电能 如图所示为它的发电原理图 将一束等离子体 即高温下电离的气体 含有大量带正电和负电 的微粒 从整体上来说呈电中性 喷射入磁感应强度为B 的匀强磁场 磁场中有两块面积为S 相距为 d 的平行金属板与外电阻 R 相连构成一电路 设气流的速度为 v 气体的电导率 电阻率的倒数 为 g 则流过外电阻 R 的电流强度 I 及电流方向为 A I A R BB I B R A R Bdv gdSR SBd v C I B R AD I A R B R Bdv dgSR SgBd v 答案答案 D 3 如图所示 回旋加速器 D 形盒的半径为 R 用来加速质量为 m 电荷量为 q 的质子 使质子由静止加速到能量 为 E 后 由 A 孔射出 求 1 加速器中匀强磁场 B 的方向和大小 2 设两 D 形盒间距为 d 其间电压为 U 电场视为匀强电场 质子每次经电场加速后能量增加 加速到上述 能量所需 回旋周数 3 加速到上述能量所需时间 答案答案 1 方向垂直纸面向里 qR mE2 用心 爱心 专心 5 2 qU mER qU E 2 3 2 4 2009 2009 平朔质检平朔质检 如图所示是用来测量带电粒子质量的仪器的工作原理示意图 设法使某有机化合物的 气态分子导入图示容器 A 中 使它受到电子束轰击 失去一个电子变成正一价的离子 离子从狭缝 S1以很小 的速度进入电压为 U 的加速电场中 初速度不计 加速后再经过狭缝 S2 S3射入磁感应强度为 B 的匀强 磁场 方向垂直于磁场区的界面 PQ 最后 离子打到感光片上 形成垂直于纸面且平行于狭缝 S3的细线 若测 得细线到狭缝 S3的距离为 d 导出离子质量 m 的表达式 答案答案 m U dqB 8 22 1 在真空中 匀强电场方向竖直向下 匀强磁场方向垂直纸面向里 三个油滴带有等量同种电荷 其中 a 静止 b 向右匀速运动 c 向左匀速运动 则它们的重力 Ga Gb Gc的关系为 A Ga最大B Gb最大C Gc最大D 不能确定 答案答案 C 2 如图所示 真空中一光滑水平面上 有两个直径相同的金属小球A C 质量mA 0 01 kg mC 0 005 kg 静止在磁感应强度B 0 5 T 的匀强磁场中的C 球带正电 电荷量qC 1 0 10 2 C 在磁场外的不带电的 A 球以 v0 20 m s 的速度进入磁场中与 C 球发生正碰后 C 球对水平面的压力恰好为零 则 碰后 A 球的速度为 A 20 m sB 10 m sC 5 m sD 15 m s 答案答案 B 3 2009 2009 涿州模拟涿州模拟 如图所示 一粒子先后通过竖直方向的匀强电场区和竖直方向的匀 强磁场区 最后粒子打在右侧屏上第二象限上的某点 则下列说法中正确的是 A 若粒子带正电 则 E 向上 B 向上B 若粒子带正电 则 E 向上 B 向下 C 若粒子带负电 则 E 向下 B 向下D 若粒子带负电 则 E 向下 B 向上 答案答案 AC 4 如图所示 质量为 m 电荷量为 q 的微粒 在竖直向下的匀强电场 水平指向纸内的匀强磁 用心 爱心 专心 6 场以及重力的共同作用下做匀速圆周运动 下列说法中正确的是 A 该微粒带负电 电荷量 q E mg B 若该微粒在运动中突然分成荷质比相同的两个粒子 分裂后只要速度不为零且速度方向仍与磁场方向垂 直 它们均做匀速圆周运动 C 如果分裂后 它们的荷质比相同 而速率不同 那么它们运动的轨道半径一定不同 D 只要一分裂 不论它们的荷质比如何 它们都不可能再做匀速圆周运动 答案答案 ABC 5 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 R I Bd d S v R I BL d S v C D R I Bd L S v R I BL L S v 答案答案 A 6 一个带正电的滑环套在水平且足够长的粗糙的绝缘杆上 整个装置处于方向如图所示的匀强 磁场中 现给滑环一个水平向右的瞬时作用力 使其由静止开始运动 则滑环在杆上运动情况 不可能的是 A 始终做匀速运动B 始终做减速运动 最后静止于杆上 C 先做加速运动 最后做匀速运动D 先做减速运动 最后做匀速运动 答案答案 C 7 设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场 如图所示 已知一离子在静电力 和洛伦兹力的作用下 从静止开始自 A 点沿曲线 ACB 运动 到达 B 点时速度为零 C 点是运动 的最低点 忽略重力 下述说法中错误的是 A 该离子必带正电荷B A 点和 B 点位于同一高度 C 离子在 C 点时速度最大D 离子到达 B 点后 将沿原曲线返回 A 点 答案答案 D 用心 爱心 专心 7 8 如图所示 空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场 电场的方向竖直向下 磁场的方向垂直纸面向里 一带电油滴 P 恰好处于静止状态 则下列说法正确的是 A 若撤去电场 P 可能做匀加速直线运动 B 若撤去磁场 P 可能做匀加速直线运动 C 若给 P 一初速度 P 可能做匀速直线运动 D 若给 P 一初速度 P 可能做顺时针方向的匀速圆周运动 答案答案 CD 9 如图所示 水平放置的平行金属板 a b 带有等量正负电荷 a 板带正电 两板间有垂直 于纸面向里的匀强磁场 一个带正电的液滴在两板间做直线运动 关于液滴在两板间运 动的情况 可能是 A 沿竖直方向向下运动B 沿竖直方向向上运动 C 沿水平方向向右运动D 沿水平方向向左运动 答案答案 C 10 带电粒子以初速度 v0从 a 点进入匀强磁场 如图所示运动中经过 b 点 Oa Ob 若撤去磁场 加一个与 y 轴平行的匀强电场 仍以 v0从 a 点进入电场 粒子仍能通过 b 点 那么电场强度 E 与磁感应强度 B 之比为 B E A v0B C 2v0D 0 1 v2 0 v 答案答案 C 11 一个质量 m 0 001 kg 电荷量 q 1 10 3 C 的带正电小球和一个质量也为 m 不带电的小球 相距 L 0 2 m 放在绝缘光滑水平面上 当加上如图所示的匀强电场和匀强磁场后 带电小球 开始运动 与不带电小球相碰 并粘在一起 合为一体 已知 E 1 103 N C B 0 5 T 问 取 g 10 m s2 1 两球碰后速度多大 2 两球碰后到两球离开水平面 还要前进多远 答案答案 1 10 m s 2 1 5 m 12 如图所示 两块平行金属板 M N 竖直放置 两板间的电势差 U 1 5 103 V 竖直边界 MP 的左边存在着正交的匀强电场和匀强磁场 其中电场强度 E 2 500 N C 方向竖直向上 磁感 应强度 B 103 T 方向垂直纸面向外 A 点与 M 板上端点