高考物理一轮复习第九章磁场专题强化十带电粒子在复合场中运动的实例分析学案

********灿若寒星竭诚为您提供优质文档*********

3．(多选)回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其原理如图3所示．D1和D2是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在电压为U、周期为T的交流电源上．位于D1的圆心处的质子源A能不断产生质子(初速度可以忽略)，它们在两盒之间被电场加速．当质子被加速到最大动能Ek后，再将它们引出．忽略质子在电场中的运动时间，则下列说法中正确的是( )

图3

A．若只增大交变电压U，则质子的最大动能Ek会变大

B．若只增大交变电压U，则质子在回旋加速器中运行的时间会变短 C．若只将交变电压的周期变为2T，仍可用此装置加速质子 D．质子第n次被加速前、后的轨道半径之比为答案 BD 解析 由r＝

n－1∶n

mvqB可知，质子经加速后的最大速度与回旋加速器的最大半径有关，而与交变

电压U无关，故A错误；增大交变电压，质子加速次数减小，所以质子在回旋加速器中的运行时间变短，B正确；为了使质子能在回旋加速器中加速，质子的运动周期应与交变电压1mvn2的周期相同，C错误；由nqU＝mvn以及rn＝可得质子第n次被加速前、后的轨道半2qB径之比为n－1∶n，D正确．

4．如图4所示是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀

4强磁场中，并分别与高频电源相连．现分别加速氘核(21H)和氦核(2He)．下列说法中正确的

是( )

灿若寒星

********灿若寒星竭诚为您提供优质文档*********

图4

A．它们的最大速度相同 B．它们的最大动能相同

C．两次所接高频电源的频率不相同

D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能 答案 A

v2qBRq解析 根据qvB＝m，得v＝.两粒子的比荷相等，所以最大速度相等．故A正确．最

Rmm1q2B2R2q2大动能Ek＝mv＝，两粒子的比荷相等，但质量不相等，所以最大动能不相等．故22mm2πmqB错．带电粒子在磁场中运动的周期T＝，两粒子的比荷相等，所以周期相等．做圆

qBm周运动的频率相等，因为所接高频电源的频率等于粒子做圆周运动的频率，故两次所接高频电源的频率相同，故C错误．由Ek＝

q2B2R2

2m可知，粒子的最大动能与加速电压的频率无关，

故仅增大高频电源的频率不能增大粒子的最大动能．故D错．

题组3 霍尔效应的原理和分析

5．(多选)导体导电是导体中自由电荷定向移动的结果，这些可以定向移动的电荷又叫载流子，例如金属导体中的载流子就是电子．现代广泛应用的半导体材料分为两大类：一类是N型半导体，其载流子是电子，另一类是P型半导体，其载流子称为“空穴”，相当于带正电的粒子．如果把某种导电材料制成长方体放在匀强磁场中，磁场方向如图5所示，且与长方体的前后侧面垂直，当长方体中通有向右的电流I时，测得长方体的上、下表面的电势分别为φ上和φ下，则( )

灿若寒星

********灿若寒星竭诚为您提供优质文档*********

图5

A．长方体如果是N型半导体，必有φ上＞φ下 B．长方体如果是P型半导体，必有φ上＞φ下 C．长方体如果是P型半导体，必有φ上＜φ下 D．长方体如果是金属导体，必有φ上＜φ下 答案 AC

解析 如果是N型半导体，载流子是负电荷，根据左手定则，负电荷向下偏，则下表面带负电，则φ上＞φ下，故A正确；如果是P型半导体，载流子是正电荷，根据左手定则，正电荷向下偏，则下表面带正电，则φ上＜φ下，故B错误，C正确；如果是金属导体，则移动的是自由电子，根据左手定则，负电荷向下偏，则下表面带负电，则φ上＞φ下，故D错误． 6．如图6所示，宽度为d、厚度为h的导体放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过该导体时，在导体的上、下表面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．实

IB验表明当磁场不太强时，电势差U、电流I和磁感应强度B的关系为U＝K，式中的比例

d系数K称为霍尔系数．设载流子的电荷量为q，下列说法正确的是( )

图6

UA．载流子所受静电力的大小F＝q

dB．导体上表面的电势一定大于下表面的电势 C．霍尔系数为K＝1

，其中n为导体单位长度上的电荷数

nq灿若寒星

********灿若寒星竭诚为您提供优质文档*********

D．载流子所受洛伦兹力的大小F洛＝答案 D

BInhd，其中n为导体单位体积内的电荷数

U解析 静电力的大小应为F＝q，A错误；载流子的电性是不确定的，因此B错误；霍尔

h系数K＝

1

，其中n为导体单位体积内的电荷数，C错误；载流子所受洛伦兹力的大小F洛

nq＝qvB，其中v＝

Inqdh，可得F洛＝

BIndh，D正确．

7．如图7所示，一段长方体形导电材料，左右两端面的边长都为a和b，内有带电荷量为

q的某种自由运动电荷．导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，磁感应强度

大小为B.当通以从左到右的稳恒电流I时，测得导电材料上、下表面之间的电压为U，且上表面的电势比下表面的低，由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为( )

图7

A.

IB|q|aU，负

B.，正

|q|aUD.，正 |q|bUIBC.

，负 |q|bUIBIB答案 C

解析 当粒子带负电时，粒子定向向左运动才能形成向右的电流，由左手定则判断粒子受洛伦兹力的方向向上，上表面电势较低，符合题意． 由粒子做匀速运动知|q|vB＝|q|E＝|q| Ua因I＝n|q|vS＝n|q|vab

灿若寒星