2025秋高考物理复习第十章专题六带电粒子在复合场中运动的科技应用课件（41页ppt）

(共41张PPT)
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)
2.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(
)
B.匀强磁场的磁感应强度大小为
A.带电微粒一定带正电
v
E
C.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：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相
底片等构成.
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】(2024 年广东湛江二模)核废水中包含了具有放射性
的碘的同位素 131I，利用质谱仪可分析碘的各种同位素.如图所示，
电荷量相同的 131I 和 127I 以相同的速度从 O 点进入速度选择器(速
度选择器中的电场方向水平向右、磁场的磁
感应强度为 B1)后，再进入偏转磁场(磁感应
强度为 B2)，最后打在照相底片的 c、d 两点，
不计各种粒子受到的重力.下列说法正确的
是(
)
答案：C
突破 3 回旋加速器
1.构造：如图所示，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.
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 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
C.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
eB
2πf
D.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 0.5 m，磁感应强度大小为 1.12 T，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，1 eV＝1.6×10-19 J)(
)
A.3.6×106 m/s
C.5.4×107 m/s
B.1.2×107 m/s
D.2.4×108 m/s
答案：C
突破 4 磁流体发电机
1.原理：如图所示，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.
2.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)，
U
l
【典题4】(多选，2024 年湖北卷)磁流体发电机的原理如图所
示，MN和PQ是两平行金属极板，匀强磁场垂直于纸面向里.等离
子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)从左侧以某
一速度平行于极板喷入磁场，极板间便产生电压.下列说法正确的
是(
)
A.极板 MN 是发电机的正极
B.仅增大两极板间的距离，极板间的电压减小
C.仅增大等离子体的喷入速率，极板间的电压增大
D.仅增大喷入等离子体的正、负带电粒子数密度，极板间的
电压增大
平衡时，此时令极板间距为d，则qvB＝q ，可得U＝Bdv，因此
解析：带正电的离子受到的洛伦兹力向上偏转，极板 MN 带
正电为发电机正极，A 正确；离子受到的洛伦兹力和电场力相互
增大间距 U 变大，增大速率 U 变大，U 大小和密度无关，BD 错
误，C 正确.
答案：AC
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，
＝
4.流量的表达式：Q＝Sv＝
πd2 U πdU
· .
4 Bd 4B
5.电势高低的判断：根据左手定则可得 φa>φb.
【典题5】(2024 年江西卷)石墨烯是一种由碳原子组成的单层
二维蜂窝状晶格结构新材料，具有丰富的电学性能.现设计一电路
测量某二维石墨烯样品的载流子(电子)浓度.如图甲所示，在长为
a，宽为 b 的石墨烯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.当 I
＝1.00×10-3 A 时，测得 U-B 关系图线如图乙所示，元电荷 e＝
1.60×10-19 C，则此样品每平方米载流子数最接近(
)
甲
乙
A.1.7×1019
C.2.3×1020
B.1.7×1015
D.2.3×1016
答案：D
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，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.
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
(
)
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 为空穴正电荷的电荷量，S 为导体的
横截面积).则 P 型半导体(　　)
甲
乙
A.图甲、乙前后表面电势差相等
B.图甲前后表面电势差小于图乙
C.图甲、乙的连接方式均为后表面电势较高
D.图甲中前表面电势高，图乙中后表面电势高
B 正确;半导体中的载流子为空穴正电荷，空穴正电荷的定向移动
方向与电流方向相同，由左手定则可知，图甲与图乙两种情况连
接方式空穴正电荷所受洛伦兹力方向相同，空穴正电荷向后表面
偏转，两种情况下都是后表面电势高，C 正确，D 错误.
答案：BC