第1章 第3节 洛伦兹力的应用-【新课程学案】2026-2027学年高中物理选择性必修第二册配套课件PPT（鲁科版）

零 3 洛伦兹力的应用 (赋能课一 精细培优科学思 维 课标要求 学习目标 1.能用洛伦兹力解释生活现象，说明磁偏转技术的 1.了解带电粒子在匀强磁 应用。 场中的偏转及其应用。 2.能对已有结论提出质疑， 能解决相关物理问题。 2.了解质谱仪的工作原理 3.探究显像管、质谱仪和回旋加速器的工作原理。 3.了解回旋加速器的工作 4.能认识回旋加速器和质谱仪等对人类探索未知领 原理。 域的重要性，知道科学发展对实验器材的依赖性。 CONTEN 目泉 01课前预知教材 02课堂精析重难 03 课时跟踪检测 课前预知教材 一、显像管 1.电偏转和磁偏转 (1)利用 电场 改变带电粒子的运动方向称为电偏转。 (2)利用 磁场 改变带电粒子的运动方向称为磁偏转。 2.显像管的工作原理 ()电子枪发出电子，经电场加速形成电子束。 荧光屏 (2)电子束在磁场中偏转 电子束 (3)荧光屏被电子束撞击发光。 情境思考 当带电粒子垂直射入匀强电场和匀强磁场时，分析带电粒子在电场和 磁场中的运动有何不同？ 提示：(1)带电粒子在匀强电场中，当y,⊥E时，粒子做匀变速曲线 运动，用运动的合成与分解知识处理。 (2)带电粒子在匀强磁场中，当y⊥B时，粒子做匀速圆周运动，利用 洛伦兹力提供向心力和圆周运动知识处理。 二、质谱仪 1.原理图：如图所示。 7674737270 2.加速 带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得：gU=2m 3.偏转 带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向 心办：B 4.应用：测量粒子的比荷和质量。 微点拨 ()粒子的运动是先在电场中加速，然后在磁场中偏转。 (2)比荷9不同的粒子偏转距离不同。 [质疑辨析1 如图所示是质谱仪示意图，它可以测定单个离子的比荷， 图中离子源S产生带电的离子，经电压为U的电场加速后垂直射入磁感 应强度为B的匀强磁场中，沿半圆轨道运动到记录它的照相底片P上。 判断下列说法的正误： B ()只要带电粒子的电荷量相同，经加速电场加速后的末速度都相同。 × (2)只要带电粒子的质量不同，打在照相底片上的位置就不同。 X 3)利用质谱仪可以测定带电粒子的质量。 () 三、回旋加速器 1.构造：如图所示，D,、D,是半圆形中空铜盒，两盒间的缝隙处接 交流 电源。D形盒处于匀强磁场中。 接交流电源 2.原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子在圆周 运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次 地反向，粒子就会被一次一次地加速。 3.周期：粒子每经过一次加速，其轨道半径就大一些，但粒子绕圆周 运动的周期不变 4最大动能：n公平和Em得E,- [质疑辨析1· 一个用于加速质子的回旋加速器，其核心部分如图所示， D形盒半径为R,垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B, 两盒分别与交流电源相连。判断下列说法的正误： B (1)在回旋加速器中，质子运动一周被加速两次。 () (2②)回旋加速器是利用磁场控制轨道，用电场进行加速的。(V (③)加速电压增大时，质子获得的最大速度也增大。() X 课堂精析重难 强化点（一） 认识显像管 1.带电粒子在加速电场中的加速 gU-2m2→= 2g0 m 2.带电粒子在磁场中的偏转 (1)运动性质：匀速圆周运动。 (2)运动规律：=m” T-2wm 9B 3)求解方法：偏转量和偏转角要结合圆的几何关系，通过对圆周运 动的讨论求解。 [典例]如图所示是显像管控制带电粒子运动的示意图。一电子 束（初速度不计）经过电压为U的加速电场后，进入由偏转线圈产生的 一圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直于圆面，磁场区域的中心为O，半 径为r。当不加磁场时，电子束将通过O点打到屏幕的中心M点。为 了让电子束射到屏幕边缘P点，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度 0;已知电子的质量为m,电荷量为e,不计电子的重力。求： 电子束 (1)电子进入磁场时的速度； [答案] 2eU \m [解析 设电子射出电场时的速度为， 2eU 根据动能定理有：eU=m2,解得：= m (2)圆形磁场区域的磁感应强度B的大小及方向。 答案] 2mU tan 垂直于纸面向外 e [解析」电子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由于 电子向上偏转，由左手定则判断磁感应强度的方向为垂直于纸面向外。 如图所示，电子在磁场中沿圆弧b运动，圆心为c,半径为R。 0 r 则由牛顿第二定律得：wB=mR,ta2R 联立上式可得：B- 2mU 。tao [变式拓展1山 在「典例】情境中，如果发现屏幕画面的幅度比 正常时偏小，可能的原因是( A.电子枪发射能力减弱，电子数减少 B.加速电场的电压过低，电子速率偏小 C偏转线圈局部短路，线圈匝数减少 D.偏转线圈电流过大，偏转磁场增强 解析：如果发现屏幕画面的幅度比正常时偏小，是由于电子束的偏转角 减小，即轨迹半径增大所致，而电子在磁场中偏转时的半径日。电子 枪发射能力减弱，电子数减少，而电子的运动速率及磁场不变，不会影 响屏幕画面幅度，所以A错误；当加速电场电压过低，电子速率偏小时， 会导致电子运动半径减小，从而使偏转角度增大，导致画面幅度比正常 偏大，故B错误；当偏转线圈局部短路，线圈匝数减少时，偏转磁场减 小，从而使电子运动半径增大，导致画面幅度比正常偏小，故C正确： 当偏转线圈电流过大，偏转磁场增强时，电子运动半径变小，导致画面 幅度比正常偏大，故D错误。 [变式拓展2】 在[典例]情境中，设垂直纸面向里的磁场方向 为正方向，如果要使电子束打在荧光屏上的位置由点逐渐移动到b 点，下列哪种变化的磁场能够使电子发生上述偏转() 电子枪 电子束，0 荧光屏 偏转线圈 b B B Bo 0 0 Bo -Bo B B B Bo Bo 0 0 元 Bo C D 解析：根据左手定则可知，电子开始向上偏，磁场方向垂直纸面向外， 方向为负，且逐渐减小；后来电子向下偏，磁场方向垂直纸面向里， 方向为正，且逐渐增大，故A正确，B、C、D错误。 强化点（二） 质谱仪问题 要点释解明 分析质谱仪问题，实质上就是分析带电粒子在电场中的加速运动和在 匀强磁场中的匀速圆周运动问题，同时注意以下两个关系式和三个结论： 1.两个关系式：(qUm2;(2B=m。 2.三个结论： (2)- 2mU 20 ；3)9-2u B22 [典例] (2025·山东德州质检)如图所示为质谱 仪的工作原理图，在容器A中存在若干种电荷量相同 而质量不同的带电粒子，它们可从容器A下方的小孔 S,飘入电势差为U的加速电场（初速度可忽略），然· 经过S,沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后 打到照相底片D上。若这些粒子中有两种电荷量均为q、质量分别为m 和m,的粒子(m,<m,),粒子重力忽略不计。 ()分别求出这两种粒子进入磁场时的速度y、y,的大小； [答案] 2qU 2qU mi m2 解析 由动能定理得qU=之mv12 qU-imzv22 解得v= 2qU 2qU mi m2 (2)求这两种粒子打到照相底片上的位置间的距离。 答案16(W2qm2U-V2qm1U 解析 在匀强磁场中，由牛顿第二定律得IB=mR 解得R8 质量为m,的粒子的轨道半径R”沿 质量为，的粒子的轨道半径R2-m22 qB 两种粒子打到照相底片上的位置间的距离 =2R22R1 解得6W2qm2U-√2qm1U。 题点全练清 1.(双选)质谱仪的原理如图所示，虚线AD上方区域处在垂直纸面向 外的匀强磁场中，C、D处有一荧光屏。同位素离子源产生、b两 种电荷量相同的离子，无初速度进入加速电场，经同一电压加速后， 垂直进入磁场，α离子恰好打在荧光屏C点，b离子恰好打在D点。 离子重力不计。则() A 荧光屏 离子源 A.a离子质量比b的大 h离子质量比b的小 C红离子在磁场中的运动时间比b的短 D.、b离子在磁场中的运动时间相等 解析：设离子进入磁场的速度为，在电场中有qU-2,在磁场中有 B=m,联立解得m”马 2mU 由题图可知，离子b在磁场中运动的 gB B 轨迹半径较大，、b电荷量相同，所以离子b的质量大于离子的质量， 所以A错误，B正确；离子、b在磁场中运动的时间均为半个周期，即 29 由于离子b的质量大于离子的，故离子b在磁场中运动的时间 较长，C正确，D错误。 2.质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。 如图所示为质谱仪的原理示意图，现利用质谱仪对氢元素 进行测量。让氢的三种同位素的离子流从容器A下方的小 孔S无初速度进入电势差为U的加速电场，加速后垂直进入磁感应强度 为B的匀强磁场中，氢的三种同位素分别为气（即为质子）、氘（质量约 为质子的2倍，电荷量与质子相同)、氚（质量约为质子的3倍，电荷量 与质子相同)，最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱 线”。则下列判断正确的是() A.进入磁场时速度从小到大排列的顺序是氕、氘、氚 B.进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚 C在磁场中运动时间由小到大排列的顺序是气、氘、氚 D.M、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是气、氘、氚 解析：根据动能定理可得Uq2,可得= 2Uq 值从大到小排列 m m 的顺序为气、氘、氚，故进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、 氘、氚，故A错误；由U=E知进入磁场时三种粒子的动能相等，故B 错误：粒子在磁场中运动时间为昭， 值从小到大排列的顺序 q 为气、氘、氚，故在磁场中运动时间由小到大排列的顺序是气、氘、 氚，故C正确； 打在照相底片D上位置与磁场入射点的距离为2= 2mv 2m gB gB m 2 20m, B q’ 值从大到小排列的顺序为氚、氘、气，所以打在最远处为 q 氚，其次为氘，、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氚、氘、气， 故D错误。 强化点（三）回旋加速器问题 任务驱动 劳伦斯设计并研制出了世界上第一台回旋加速器，为进行人工可控 核反应提供了强有力的工具，大大促进了原子核、基本粒子的实验研究。 (1)在回旋加速器中运动的带电粒子的动能来自电场还是磁场？ 提示：带电粒子的动能来自电场。 (2)带电粒子从回旋加速器中出来时的最大动能与哪些因素有关？ 提示：由动能E2R可知：带电粒子的最大动能与带电粒子的质 2m 量、电荷量、回旋加速器的半径和磁场的磁感应强度有关。 要点释解明 1.交变电压的周期 为了保证带电粒子每次经过狭缝时都被加速，须在狭缝两侧加上跟带 电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压，所以交变电压的周期由 带电粒子的比荷和磁场的磁感应强度决定。 2.带电粒子的最终能量 由知，当带电粒子的运动半径最大时，其速度也最大，若D形盒 半径为R,则带电粒了的最终动能E。 可见，要提高加速粒 2m 子的最终能量，应尽可能地增大磁感应强度B和D形盒的半径R。 3粒子在磁场中转的圈数和被加速次数的计算 设粒子在磁场中共转n圈，则在电场中加速2n次，则有2nqU=Ekm, Ekm, n 2g0 加速次数N-2m号 4.粒子在回旋加速器中运动的时间 在电场中运动的时间为4，在磁场中运动的时间为120g，总时间 为仁+2，因为1《2，一般认为在回旋加速器内的时间近似等于2。 [典例] (2025·福州高二质检)（双选）我国1958年建成的第一台 回旋加速器外观如图甲所示，图乙为原理简图。回旋加速器的核心部分 为D形盒，D形盒装在真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之 间的磁场中，磁场可以认为是匀强磁场，且与D形盒底面垂直。两盒间 的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计，狭缝间接一定频率交 流电源，其电压为U。设粒子从粒子源处进入加速电场的初速度不计， 且加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。现用该回旋加速器加速某 粒子，下列说法正确的是( 一 甲 交流电源的频率与粒子做圆周运动的频率相同时，粒子每次经过狭 缝都被加速 B.将交流电源的电压调大，粒子获得的最大动能将变大 C.将交流电源的电压调大，粒子在磁场中运动的总时间不变 形盒的半径越大，粒子获得的最大动能越大 [解析 根据回旋加速器的特点可知，当交流电源的频率与粒子做 圆周运动的频率相同时，粒子每次经过狭缝都会被加速，故A正确；粒 子在回旋加速器中做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力可得qB=R, v2 因此粒子具有的动能为E,之m-92a ,可知粒子的最大动能与粒子本 2m 身的比荷9、匀强磁场的磁感应强度B、D形盒的半径R有关，与交流电 源的电压U无关，故B错误，D正确； 粒子在D形盒的狭缝间做加速运动，由动能定理得qU-2vo2=Eo,增 大电压U,则每次加速粒子所获得的动能增大，粒子所需加速的次数 减少，由qB=m”R,解得粒子在磁场中运动的周期为T2 Ek0 gB 而粒子在磁场中运动的总时间工，因此将交流电源的电压调大，粒 子在磁场中运动的总时间将变小，故C错误。 题点全练清 1.(2024济南高二检测)两个相同的回旋加速器，分别接在加速电压 为U,和U,的高频电源上，且U>U,两个相同的带电粒子分别从这 两个加速器的中心由静止开始运动，设两个粒子在加速器中运动的时 间分别为t和t,获得的最大动能分别为E,和E2,则（) A.t<h,El>El B.t=t,Ek<Ek2 C/不4，Eu-=EaD.t>t,Eu=Ea 解析：粒子在磁场中做匀速圆周运动，由Rm可知，粒子获得的最 aB 大动能只与磁感应强度和D形盒的半径有关，所以Ek1=E2;设粒子在 加速器中绕行的圈数为n,则Ek=2ngU,由以上关系可知n与加速电压 U成反比，由于U>U2,则n1<2,而仁nT,T不变，所以t<2,C正确， A、B、D错误。 2.回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒的交流电压为U,静止 质子经电场加速后，进入D形盒，其最大轨道半径为R，磁场的磁感 应强度为B,质子质量为m、电荷量为e。求： (1)质子最初进入D形盒的动能； 答案：eU 解析：质子在电场中加速，由动能定理得 eU=E-0,解得E=eU。 (2)质子经回旋加速器最后得到的动能； 答案： e2B2R2 2m 解析：质子在回旋加速器的磁场中绕行的最大半径为R,由牛顿第二 定律得ev=mn爱 质子的最大动能Em之m2 解得Ema-e2p2p2 2m 3)交流电源的周期。 答案：2 πm B 解析：交流电源的周期等于质子在磁场中运动的周期，即T=2πm eB o 强化点（四）洛伦兹力的其他应用实例 要点释解明 装置 原理图 规律 t 速度选 B 若qy,B=qE，即v。=，粒子做匀速直线 择器 + 运动 等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使 磁流体 000 B 00 两极板带正、负电，两极板间电压为 发电机 U时稳定，q=qv,B,U=v,Bd 续表 + a× 电磁流 k-Q q=B,所以=，所以流量Q=S= 量计 b× 当磁场方向与电流方向垂直时，导体在 霍尔 与磁场、电流方向都垂直的方向上出现 效应 电势差 [典例] (2025·广东汕头阶段练习)把用金属导体制成的霍尔元 件接入如图电路中，把电压表接在霍尔元件、b极上，调节滑动变 阻器使输入电流为（导体中可自由移动的是电子），又从左向右加垂 直于板面的磁感应强度为B的匀强磁场，当电场力等于洛伦兹力时， 电压表测出的霍尔电压为U.。下列判断正确的是( A.a极的电势高于b极的电势 ,只增大B的大小，则U也增大 C.只改变I的大小，则U跟I的平方成正比 D.改变B、I的方向，电压表指针会偏向另一边 [解析 根据左手定则可知，电子受到洛伦兹力指向极，则电子 向α极偏转，故a极的电势低于b极的电势，故A错误；当电子所受洛 伦兹力与电场力平衡时，有evB=eE=e件， 可得U=Bd,由电流的微 观表达式得=nSv,联立解得UmBd 所以若只增大B的大小，则 Ua也增大；若只改变的大小，则U跟成正比，故B正确，C错误； 改变B、的方向，根据左手定则可知，α极的电势仍低于b极的电势， 电压表指针不会偏向另一边，故D错误。 /误区警示/ 分析有关霍尔效应的问题时，要注意运动电荷是正电荷还是负电 荷，若是负电荷，则电荷所受静电力方向与电场方向相反，运用左手 定则判断负电荷所受洛伦兹力方向时四指应指向负电荷运动的反方向。 题点全练清 1.目前，科学家正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机。如图表示它的原 理：将一束等离子体喷射入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金 属板上就会聚集电荷，产生电压。下列说法不正确的是() A.B板带正电 B.A板带正电 其他条件不变，只增大射入速度，UB增大 D.其他条件不变，只增大磁感应强度，UB增大 等离子体束 解析：由左手定则，带正电的离子向下偏转打到B板，使B板带正电， 带负电的离子向上偏转打到A板，使A板带负电，A正确，B错误；设 A、B两板之间的距离为山，达到稳定时飞入的离子受力平衡B, 所以UAB=Bw,C、D正确。 2.(2024厦门高二检测)在如图所示的平行板器件中（极板长度有限），电场 强度E和磁感应强度B相互垂直。一带电粒子（重力不计）从左端以速度y 沿虚线射入后做直线运动，则该粒子( A.一定带正电 度日 C若速度5 粒子一定不能从板间射出 D.若此粒子从右端沿虚线方向射入，仍做直线运动 解析：若粒子带负电，则受到竖直向上的静电力和竖直向下的洛伦滋 力，可以做直线运动；若粒子带正电，则受到竖直向下的静电力和竖 直向上的洛伦兹力，可以做直线运动，A错误；因为该粒子做直线运 动，所以在竖直方向上所受合力为零，故qE=Bq,得=，B正确： 若心则Bq心E4,粒子偏转，做曲线运动，粒子可能从板间射出， 也可能打在极板上，C错误；此粒子从右端沿虚线方向射入平行板， 静电力与洛伦兹力沿同一方向，粒子不能做直线运动，D错误。 3.(2025·陕西宝鸡阶段练习)电磁流量计是用来测管内电介质流量的感 应式仪表，单位时间内流过管道横截面的液体体积为流量。如图为电 磁流量计示意图和匀强磁场方向，磁感应强度大小为B。当管中的导 电液体流过时，测得管壁上M、N两点间的电压为U,已知管道直径 为d,则( ×BXX )4 x xN 甲从圆管侧面看乙 对着液体流来 的方向看 A.管壁上N点的电势低于M点的电势 B.管中导电液体的流速为职 C.管中导电液体的流量为4 詹中导电液体的流量为a四 4B 解析：根据左手定则可知，液体中的正电荷受洛伦兹力向下偏转，负 电荷受洛伦兹力向上偏转，所以N点的电势高于M点的电势，故A错 误；稳定时电荷受力平衡，根据平衡条件得B四，解得品 故B 错误；管中导电液体的流量为Q=wS-”42m4 故C错误，D正确。 Bd 4 4B P 课时跟踪检测 1.如图所示，显像管中有一个电子枪，工作时它能发射电子，荧光屏 被电子束童击就能发光。在偏转区有垂直于纸面的磁场B,和平行纸面 的竖直磁场B,，就是靠这样的磁场来使电子束偏转，使整个荧光屏发 光。经检测仅有一处故障：磁场B,不存在，则荧光屏上( A.不亮 电子枪 昭 电子束 B.仅有一个中心亮点 荧光屏 偏转线圈 C仅有一条水平亮线 D.仅有一条竖直亮线 123466⑦8▣oW23 解析：由题图可知，电子运动的方向向右。当磁场B,不存在，只存在 平行纸面的竖直磁场B,时，根据左手定则可知，电子只受垂直于纸面 向里或垂直于纸面向外的洛伦兹力的作用，则电子打在荧光屏上的点 连成一条沿水平方向的线，此时荧光屏上仅有一条水平亮线。故C正 确，A、B、D错误。 2.电磁流量计如图所示，它能利用磁场对电荷的作用测出流过容器的液 体的流量。液体内含有大量正、负离子，从容器右侧流入、左侧流出， A、B两电极间便产生电压。若竖直向下的匀强磁场B的方向、流速y 的方向与两电极连线的方向三者相互垂直，则下列说法正确的是 磁场线圈 电极B B 式液体 测量通道 电极A 管路内径 A.离子受到竖直向下的洛伦兹力 B.电极A端的电势比电极B端的电势低 C.带负电离子与带正电离子所受洛伦滋力的方向相同 正、负离子在测量通道中所受洛伦兹力和电场力平衡 解析：由左手定则可知正离子向电极A运动，负离子向电极B运动， 电极A端的电势比电极B端的电势高，故A、B错误；带负电离子 与带正电离子所受洛伦兹力的方向相反，故C错误；正、负离子在测 量通道中所受洛伦兹力和电场力平衡，故D正确。 3.(2024湖北高考)（双选）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( M -N 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 D S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 123456789023 解析：带正电的粒子受到向上的洛伦兹力向上偏转，极板M带正电 为发电机正极，A正确：粒子受到的洛伦兹力和电场力相互平衡时， 此时设极板间距为d,极板间的电压为U,则qB=q。 可得U=Bdw, 因此增大极板间距、增大等离子体的喷入速率，极板间的电压变大， 其大小和等离子体的正、负带电粒子数密度无关，B、D错误，C正确。 4.质谱仪是一种测定带电粒子比荷和分析同位素的重要仪器。图中的铅盒A 中的放射源放出大量的带正电粒子（可认为初速度为零），从狭缝S,进入电压 为U的加速电场区加速后，再通过狭缝S,从小孔G垂直于MN射入偏转磁场， 该偏转磁场是边界与直线MN相切、磁感应强度为B、方向垂直于纸面向外、 半径为R的圆形匀强磁场。现在MN上的F点（图中未画出）接收到该粒子，且 1G=V3R。则该粒子的比荷为（粒子的重力忽略不计）( U 2 9U M B 4U R2B2 20 R2B2 解析：设粒子被加速后获得的速度为y,由动能定理有qU-2,据题意， 画出粒子在偏转磁场中的运动轨迹如图所示（若粒子带正电），由几何关 系知，粒了在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径一，又B=片，可 D2 求96U 选项C正确。 1234⑤6789023 5.(双选)如图所示的平行板器件中有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁 场。一带正电的粒子以某一速度从该装置的左端水平向右进入两板间后， 恰好能做直线运动。忽略粒子重力的影响，则( 若只将粒子改为带负电，其仍将做直线运动 偌只增加粒子进入该装置的速度，其将往上偏 C.若只增加粒子的电荷量，其将往下偏 D.若粒子从右端水平进入，则仍沿直线水平飞出 12466⑦ 1213 解析：带正电粒子沿直线穿过正交场，受到的向上的洛伦兹力和向下 的电场力平衡，则E=B,即。若只将粒子改为带负电，则粒子受 到的洛伦兹力和电场力的方向均反向，则粒子仍沿直线通过，故A正确； 若只增加粒子进入该装置的速度，则粒子受到的洛伦兹力变大，粒子 将往上偏，故B正确；若只增加粒子的电荷量，粒子受到的向上的洛伦 兹力和向下的电场力仍平衡，其仍将沿直线通过，故C错误；若粒子从 右端水平进入，则粒子受到的电场力和洛伦兹力均向下，则粒子不可 能沿直线水平飞出，故D错误。 6.(2025·山东济宁高二模拟)（双选）如图所示为回旋加速 器工作原理示意图，置于真空中的D形金属盒半径为R,粒子 出口处方 两金属盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略。 磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，加速电压为U。若D型盒圆 心A处粒子源产生的粒子质量为2m、电荷量为+q、初速度为零，粒 子在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响， 则下列说法正确的是( 12346@⑦8▣oW23 粒子被加速后的最大速度一 2m B.交变电源的周期等于T=m C.若只增大D形盒的半径，则粒子离开加速器的时间不变 V粒子第5次和第3次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为√5：V3 12466⑦ 8 1213 解析：粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qB=-2m, 可知粒子获得的 最大速度=BR, 故A正确；交流电源的周期等于粒子做圆周运动的周 2m 期72r:2m4m 故B错误；粒子在磁场中做匀速圆周运动，则有 qB qB B,拉f得的故大动能B2m,联立可得，，粒 子的加速次数m=k9B2R,力 加速时间仁n qU 4mU 号，可知若只增大D形金 2 属盒的半径，则粒子离开加速器的时间变长，故C错误； 12346@⑦8▣oW23 粒子在加速电场中做匀加速运动，在磁场中做匀速圆周运动，根据动 能定理nqU-号×22，可得=上 粒子第5次和第3次经过D形盒间狭 缝后的速度比为V5:V3,根据，一2。， 可得半径比为V5:V3,故D正确。 123456⑦⑧o23 7.(2025·江苏连云港高二统考)如图所示为利用霍尔元件制成的磁传 感器。已知该长方体金属导体宽为d、高为，上下表面接线柱M、 连线与导体竖直边平行，当导体通过一定电流，且电流与磁场方向 垂直时，下列说法正确的是( A.电压表a端接“+”接线柱 为提升磁传感器的灵敏度，可诚小导体的宽度d C.将电压表的表盘改装为磁传感器的表盘，则刻度线不均匀 D.若上表面接线柱M沿水平方向向右移动少许，则电压表示数不变 123456789023 解析：金属导体中载流子为自由电子，其定向移动方向与电流方向相 反，根据左手定则可知电子将向上表面偏转，所以电压表α端接“-接 线柱，故A错误；当MN间的电压为时，根据电场力和洛伦兹力的等 量关系可得eE-0evB,根据电流的微观表达式有edh,解得U ned 所以电压U与B成正比例关系，而电压表表盘上电压刻度线均匀，所以 由电压表表盘改装的磁传感器表盘刻度线均匀，故C错误： 123466⑦8▣o23 磁传感器的灵敏度即U随B的变化率，为0·， 所以磁传感器的灵敏 △Bned 度与导体的高度无关，为提升磁传感器的灵敏度，可减小导体的宽度 d,故B正确；在电源之外的电路中沿电流方向电势降低，若上表面接 线柱沿水平方向向右移动少许，则测N、M在沿电流方向也会存在电势差， 且N点电势高于M点电势，所以电压表示数会变大，故D错误。 234⑤6⑦823 8.如图甲，宽度为h、厚度为d的霍尔元件水平放置，直线型磁场竖 直向上穿过元件，其磁感应强度B与时间的关系如图乙所示，当恒定 电流【水平向右流过元件时，在它的两个面之间会产生感应电动势， 下列说法正确的是( 小B Bo -Bo 2t0 甲 乙 123456789023 A.垂直于B的两表面间产生交变电动势 B.垂直于I的两表面间产生恒定电动势 C.增大宽度或减小厚度d均可提高霍尔元件两侧面间的电动势最大 D.增大导体中自由电子数密度或减小恒定电流I均可降低霍尔元件两 侧面间的电动势最大值 12466⑦ 9 1213 解析：电荷做定向移动，由左手定则可知电荷偏转方向随磁场方向改变 而改变，电荷向霍尔元件的前表面或后表面聚集，霍尔元件的前、后表 面间产生变化的电动势，故A、B错误；稳定后，电荷受电场力和洛伦 兹力而平衡，有qB=%, 解得U=vB,电流I与自由电子定向移动速率v 之间关系为=gh,可得 所以霍尔元件的前、后表面间产生 的电动势U品 其中B为该交变磁场的磁感应强度，可知增大不影响 电动势最大值，增大导体中自由电子数密度或减小恒定电流均可降低 霍尔元件两侧面间的电动势最大值，故C错误，D正确。 9.(双选)质谱仪的工作原理示意图如图所示。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的磁感应强度 和匀强电场的电场强度分别为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A,A,，平板S下方有磁感应强度为B,的匀 强磁场。不计带电粒子的甭十及粒子问的州互作用力，下列表述正确的 加速电场 是( 速度选择器 B A 1A21 S ●●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 123466⑦8@oW23 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里 能通过狭缝P的带电粒了的速率等于台 D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小 12466⑦ 9 10111213 解析：质谱仪是分析同位素的重要工具，A正确；根据带电粒子在平板S 下方磁场中的偏转方向可知，粒子带正电，速度选择器中电场方向向右， 带正电的粒子所受静电力向右，根据平衡条件，粒子所受洛伦兹力向左， 根据左手定则，磁场方向垂直纸面向外，B错误；能通过狭缝P的带电粒 子在速度选择器中做匀速直线运动，根据平衡条件有B=E,解得吕 C正确：根据营B,m二，-2，解得品品 粒子打在胶片上的位 置越靠近狭缝P,越小，粒子的比荷越大，D错误。 1234567891023 10.(2025·福建南安高二练习)利用霍尔元件可以进行微小位移的测量。如图甲所示， 在两块磁感应强度相同、、极相对放置的磁体缝隙中放入霍尔元件。该霍尔元件长 为，宽为b,厚为c。建立如图乙所示的空间坐标系，保持沿+x方向通过霍尔 元件的电流I不变，霍尔元件沿±红方向移动时，由于不同位置处磁感应强度B不 同，在M、N表面间产生的霍尔电压U不同。当霍尔元件处于中间位置时，磁 感应强度B为0，Uw为0，将该点作为位移的零点。在小范围内，磁感应强度B 的大小与位移z的大小成正比。这样就可以把电压表改装成测量物体微小位移的仪 表。下列说法中不正确的是() 123466⑦8▣oW23 SN NS 甲 A.该仪表的刻度线是均匀的 B.该仪表不仅能测量位移的大小，还能确定位移的方向 C某时刻测得霍尔电压为UMw, 则霍尔电场的电场强度大小为 V偌霍尔元件中导电的载流子为电子，则当△z<0时，M表面电势低于 N表面的电势 解析：根据平衡条件可得g-B,B=k红，所以UwB=kb,由 此可知，Uw与z成正比，即该仪表的刻度线是均匀的，故A正确，不 符合题意；若霍尔元件中导电的载流子是空穴，若上表面电势高，则 空穴在上表面聚集，根据左手定则可知，磁感应强度方向沿轴负方向， 说明霍尔元件靠近右侧的磁铁，位移方向向右，反之位移方向向左， 所以该仪表可以确定位移的方向，同理，若霍尔元件中导电的载流子 是电子，同样可以确定位移的方向，故B正确，不符合题意； 123456789023 根据电场强度与电压的关系可得，霍尔电场的电场强度大小为E=, 故C正确，不符合题意；若霍尔元件中导电的载流子为电子，则当 △<0时，磁场方向向右，根据左手定则可知，电子偏向下表面，下表 面电势低，即M表面电势高于N表面的电势，故D错误，符合题意。 246⑦823 11.如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒 定，且被限制在AC板间，虚线中间不需加电场，带电粒子从P。处以速度沿 电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运 动。对这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是() A.带电粒子每运动一周被加速两次 B.PP=PP A+Po C.带电粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关 V加速电场方向需要做周期性的变化 12466⑦ 8 9101123 解析：带电粒子只有经过AC板间时被加速，即带电粒子每运动一周被加 速一次，电场的方向没有改变，故A、D错误：根据，品则PP=2,) _2m(w2-v1,l 因为每运动一周带电粒子被加速一次，根据v22-v12=2ad,知 qB 每运动一周带电粒子的速度的变化量不等，且v43<21,则PP2>P3P4 故B错误：当带电粒子从D形盒中出来时，速度最大，根据，一得， 知带电粒子的最大速度与D形盒的半径有关，故C正确。 1234668▣o23 12.(14分)某质谱仪原理如图，A为粒子加速器，加 A ××B1 速电压为U,；B为速度选择器，磁场与电场正交， B E×× 磁感应强度为B,,两板间距离为d;C为偏转分离 2 器，磁感应强度为B,。现有一质量为、电荷量为 4的正粒子（不计重力及初始速度），经加速后，该 粒子恰能沿直线通过速度选择器，粒子进入分离器 后做匀速圆周运动。求： 123466⑦8▣oW23 ()粒子进入速度选择器的速度大小v;(4分) 答案： 2q01 m 解析：粒子加速过程，根据动能定理可得qU22,解得= 2qU1 m 123466⑦8▣oW23 (2)速度选择器两板间电压U,;(6分) 答案：B1d 2q01 m 解析：由于粒子恰能沿直线通过速度选择器，则根据平衡条件有 gE=B又E-，解得U=B,d 2q01。 m 1234668▣o23 (3)粒子在磁场B,中做匀速圆周运动的半径R。(4分) 答案：1 2mU1 q 解析：粒子在磁场B,中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律可得 qvB=mg 解得R=mw-1 2mU1 qB2 B2 13.(14分)某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗，在这种疗法中，质 子先被加速到具有较高的能量，然后被引向并轰击肿瘤，杀死肿瘤细胞， 如图甲所示为该仪器示意图。图乙为某“质子疗法”仪器部分结构的简 化图，I是质子发生器，质子的质量=1.6×1027kg,电荷量e=1.6× 109C,质子从A点进入Ⅱ；Ⅱ是加速装置，内有匀强电场，加速长度 d,=4.0cm;Ⅲ装置由平行金属板构成，板间有相互垂直的匀强电场和匀 强磁场，板间距d,=2.0cm,上下极板间电势差U,=1000V;