高中 | 霍尔元件 题目答案及解析

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选修3-1

第三章 磁场

3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动

霍尔元件

磁场中的四种仪器如图所示,则下列说法中正确的是$(\qquad)$

    

["

甲中回旋加速器加速带电粒子的最大动能与加速电压无关

","

乙中不改变质谱仪各区域的电场磁场时击中光屏同一位置的粒子比荷相同

","

丙中自由电荷为负电荷的霍尔元件通上如图所示电流和加上如图磁场时,$N$侧电势高

","

丁中长宽高分别为$a$$b$$c$的电磁流量计加上如图所示匀强磁场,若流量$Q$恒定,前后两个金属侧面的电压与$a$$b$有关

"]
[["AB"]]

$\rm A$.设回旋加速器中的磁感应强度为$B$,半径为$R$,粒子的电荷量为$q$,质量为$m$,则带电粒子在回旋加速器中,根据洛伦兹力提供向心力有$qvB=m\dfrac{v^{2}}{R}$

可知带电粒子的最大动能为$E_{\text{km}}=\dfrac{q^{2}B^{2}R^{2}}{2m}$

所以带电粒子的最大动能与加速电压无关,故$\rm A$正确;

$\rm B$.经过质谱仪的速度选择器区域的粒子速度$v$都相同,经过偏转磁场时击中光屏同一位置的粒子轨道半径$R$相同,则根据洛伦兹力提供向心力有$qvB=m\dfrac{v^{2}}{R}$

可得$R=\dfrac{mv}{qB}$

所以不改变质谱仪各区域的电场磁场时击中光屏同一位置的粒子比荷相同,故$\rm B$正确;

$\rm C$.根据左手定则可判断负电荷受到的洛伦兹力方向指向$N$侧,所以$N$侧带负电荷,电势低,故$\rm C$错误;

$\rm D$.经过电磁流量计的带电粒子受到洛伦兹力的作用会向前后两个金属侧面偏转,在前后两个侧面之间产生电场,当带电粒子受到的电场力与洛伦兹力相等时流量$Q$恒定,故有$qvB=q\dfrac{U}{b}$

$Q=Sv=bcv$

所以$U=\dfrac{QB}{c}$

由此可知,前后两个金属侧面的电压与$a$$b$无关,故$\rm D$错误。

故选:$\rm AB$

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