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1、一、复合场一、复合场1定义：定义：复合场是指复合场是指 、 、 并存，或其并存，或其中某两场并存中某两场并存电场电场磁场磁场重力场重力场2带电粒子在复合场中的运动分类带电粒子在复合场中的运动分类(1)静止或匀速直线运动静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于 状态或做状态或做 静止静止匀速直线运动匀速直线运动(2)匀速圆周运动匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小当带电粒子所受的重力与电场力大小 ，方向，方向时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做场的平面内做
2、 运动运动(3)较复杂的曲线运动较复杂的曲线运动当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上，粒子做速度方向不在同一条直线上，粒子做 曲线运曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线相等相等相反相反匀速圆周匀速圆周非匀变速非匀变速(4)分阶段运动分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域，带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成同的运动阶段组成垂直垂直
3、qEqvB2回旋加速器回旋加速器(1)基本构造：回旋加速器的核心基本构造：回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两个部分是放置在磁场中的两个D形的金属扁盒形的金属扁盒(如图如图832所所示示)，其基本组成为：，其基本组成为：粒子源，粒子源，两个两个D形金属盒，形金属盒，匀强磁场，匀强磁场，高频电源，高频电源，粒子引出装置粒子引出装置相同相同3.磁流体发电机磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，磁流体发电是一项新兴技术，它可以把它可以把 直接转直接转化为化为 (2)根据左手定则，如图根据左手定则，如图833中的中的B是发电机是发电机 (3)磁流体发电机两极板间的距离为磁流体发电机两极板间的距
4、离为d，等离子体速度为，等离子体速度为v，磁场的磁感应强度为磁场的磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势，则两极板间能达到的最大电势差差U .物体的内能物体的内能电能电能正极正极Bvd同位素同位素6霍尔效应霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当面的载流导体，当 与与电流方向垂直时，导体在与磁电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上场、电流方向都垂直的方向上出现了出现了 ，这个现象称为，这个现象称为霍尔效应所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如霍尔效应所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图图836所示所示磁场方向磁场方向电势差电势差1地球大
5、气层外部有一层复杂的电地球大气层外部有一层复杂的电离层，既分布有地磁场，也分布离层，既分布有地磁场，也分布有电场假设某时刻在该空间中有电场假设某时刻在该空间中有一小区域存在如图有一小区域存在如图837所所示的电场和磁场；电场的方向在示的电场和磁场；电场的方向在纸面内斜向左下方，磁场的方向纸面内斜向左下方，磁场的方向垂直于纸面向里此时一带电宇宙粒子，恰以速度垂直于纸面向里此时一带电宇宙粒子，恰以速度v垂垂直于电场和磁场射入该区域，不计重力作用，则在该直于电场和磁场射入该区域，不计重力作用，则在该区域中，有关该带电粒子的运动情况不可能的是区域中，有关该带电粒子的运动情况不可能的是()A仍做直线运动
6、仍做直线运动B立即向左下方偏转立即向左下方偏转C立即向右上方偏转立即向右上方偏转 D可能做匀速圆周运动可能做匀速圆周运动解析：解析：比较比较Eq与与Bqv，因二者开始时方向相反，当二者，因二者开始时方向相反，当二者相等时，相等时，A正确，当正确，当EqBqv时，向电场力方向偏，当时，向电场力方向偏，当EqNCMM，C正正确确答案：答案：C典例启迪典例启迪例例1 (2011淄博调研淄博调研)在在xOy平面平面内，第内，第象限内的直线象限内的直线OM是电场是电场与磁场的边界、与磁场的边界、OM与与y轴负方向成轴负方向成45角在角在x0且且OM的左侧空间存的左侧空间存在着沿在着沿x轴负方向的匀强电场
7、轴负方向的匀强电场E，场，场强大小为强大小为0.32 N/C，在，在yv2Bv1v2.答案：答案：A4一重力不计的带电粒子以水平初速度一重力不计的带电粒子以水平初速度v0(v0W2C一定是一定是W1W2，也可能是，也可能是W1W2.B项正确项正确答案：答案：B5如图如图8319所示，在匀强电所示，在匀强电场和匀强磁场共存的区域内，场和匀强磁场共存的区域内，电场的场强为电场的场强为E，方向竖直向，方向竖直向下，磁场的磁感应强度为下，磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里，一质量方向垂直于纸面向里，一质量为为m的带电粒子，在场区内的的带电粒子，在场区内的一竖直平面内做匀速圆周运动，一竖直平面内做
8、匀速圆周运动，则可判断该带电质点则可判断该带电质点 ()答案：答案：C典例启迪典例启迪例例3 (2010北京高考北京高考)利用霍尔效应制作的霍尔元件以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及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域如图如图8320甲，将一金属或半导体薄片垂直置于磁场甲，将一金属或半导体薄片垂直置于磁场B中，在薄片的两个侧面中，在薄片的两个侧面a、b间通以电流间通以电流I时，另外两侧时，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，于中的移动电荷受
9、洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是是c、f间建立起电场间建立起电场EH，同时产生霍尔电势差，同时产生霍尔电势差UH.当电荷当电荷(1)设半导体薄片的宽度设半导体薄片的宽度(c、f间距间距)为为l，请写出，请写出UH和和EH的的关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图甲中关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图甲中c、f哪端的电势高；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已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n，电，电子的电荷量为子的电荷量为e，请导出霍尔系数，请导出霍尔系数RH的表达式的表达式(通过横通过横截面积截面积S的电流的电流InevS，其中，其中v是导电电
10、子定向移动的是导电电子定向移动的平均速率平均速率)；(3)图乙是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转图乙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轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体，相邻永个永磁体，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象当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图象如图丙所示如图丙所示若在时间若在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，请导出圆，请导出圆盘转速盘转速N的表达式的表达式思路点拨思路点拨解答本题应
11、注意以下三个方面：解答本题应注意以下三个方面：(1)根据电子的实际运动方向判断偏转方向根据电子的实际运动方向判断偏转方向(2)当当UH稳定时，电场力与洛伦兹力平衡稳定时，电场力与洛伦兹力平衡(3)磁场方向变化周期与脉冲周期相同磁场方向变化周期与脉冲周期相同归纳领悟归纳领悟 判断霍尔元件工作时哪个面电势高时，要根据元件判断霍尔元件工作时哪个面电势高时，要根据元件内部真正移动的粒子所受洛伦兹力的方向来确定，不可内部真正移动的粒子所受洛伦兹力的方向来确定，不可随意按照沿电流方向流动的正电荷所受洛伦兹力的方向随意按照沿电流方向流动的正电荷所受洛伦兹力的方向来判断来判断题组突破题组突破6利用如图利用如图
12、8321所示的方所示的方法可以测得金属导体中单位法可以测得金属导体中单位体积内的自由电子数体积内的自由电子数n，现测，现测得一块横截面为矩形的金属得一块横截面为矩形的金属导体的宽为导体的宽为b，厚为，厚为d，并加，并加有与侧面垂直的匀强磁场有与侧面垂直的匀强磁场B，当通以图示方向电流，当通以图示方向电流I时，时，在导体上、下表面间用电压表可测得电压为在导体上、下表面间用电压表可测得电压为U.已知自已知自由电子的电荷量为由电子的电荷量为e，则下列判断正确的是，则下列判断正确的是 ()答案：答案：B7(2011淮安模拟淮安模拟)北半球某处，地北半球某处，地磁场水平分量磁场水平分量B10.8104
13、T，竖，竖直分量直分量B20.5104 T，海水向北，海水向北流动，海洋工作者测量海水的流流动，海洋工作者测量海水的流速时，将两极板插入此海水中，速时，将两极板插入此海水中，保持两极板正对且垂线沿东西方向，两极板相距保持两极板正对且垂线沿东西方向，两极板相距d20 m，如图，如图8322所示，与两极板相连的电压表所示，与两极板相连的电压表(可看可看做是理想电压表做是理想电压表)示数为示数为U0.2 mV，则，则 ()A西侧极板电势高，东侧极板电势低西侧极板电势高，东侧极板电势低B西侧极板电势低，东侧极板电势高西侧极板电势低，东侧极板电势高C海水的流速大小为海水的流速大小为0.125 m/sD海
14、水的流速大小为海水的流速大小为0.25 m/s答案：答案：A8质谱仪可测定同位素的组成现质谱仪可测定同位素的组成现有一束一价的钾有一束一价的钾39和钾和钾41离子经离子经电场加速后，沿着与磁场和边界电场加速后，沿着与磁场和边界均垂直的方向进入匀强磁场中，均垂直的方向进入匀强磁场中，如图如图8323所示测试时规定所示测试时规定加速电压大小为加速电压大小为U0，但在实验过，但在实验过程中加速电压有较小的波动，可程中加速电压有较小的波动，可能偏大或偏小能偏大或偏小U.为使钾为使钾39和钾和钾41打在照相底片上的打在照相底片上的区域不重叠，区域不重叠，U不得超过多少？不得超过多少？(不计离子的重力不计
15、离子的重力)(16分分)如图如图8324甲所示，建立甲所示，建立xOy坐标系两平行极板坐标系两平行极板P、Q垂直于垂直于y轴且关于轴且关于x轴对称，极板长度和板间距均为轴对称，极板长度和板间距均为l.在在第一、四象限有磁感应强度为第一、四象限有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于的匀强磁场，方向垂直于xOy平面向里位于极板左侧的粒子源沿平面向里位于极板左侧的粒子源沿x轴向右连续发射轴向右连续发射质量为质量为m、电荷量为、电荷量为q、速度相同、重力不计的带电粒子、速度相同、重力不计的带电粒子在在03t0时间内两板间加上如图乙所示的电压时间内两板间加上如图乙所示的电压(不考虑极不考虑极板边缘的影响板边缘的影响)自主自主尝试尝试(试试一一试试，能否做到正确解答，能否做到正确解答)(1)不能正确分析带电粒子在不同时刻进入板间电场后，不能正确分析带电粒子在不同时刻进入板间电场后，运动规律的不同，错误地认为进入磁场的速度与第运动规律的不同，错误地认为进入磁场的速度与第(1)问问相同相同(2)粒子进入电场后，向上偏转的粒子进入磁场后，运动粒子进入电场后，向上偏转的粒子进入磁场后，运动时间较短，偏转量最大的粒子在磁场中运动时间最短，时间较短，偏转量最大的粒子在磁场中运动时间最短，有的同学按向下偏转的情况求解最短时间有的同学按向下偏转的情况求解最短时间
