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高三一轮总复习
物理
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选修3-1
第八章磁场
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专题五带电粒子在复合场中运动
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栏目导航
基础知识整合
热门考点研析
物理模型构建
考题随堂演练
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基础知识整合
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霍尔元件能够用来检测磁场及其改变.图甲为使用霍尔元件测量通电直导线产生磁场装置示意图.因为磁芯作用,霍尔元件所处区域磁场可看作匀强磁场.测量原理如乙图所表示,直导线通有垂直纸面向里电流,霍尔元件前、后、左、右表面有四个接线柱,经过四个接线柱能够把霍尔元件接入电路.所用器材已在图中给出,部分电路已经连接好.为测量霍尔元件所处区域磁感应强度B.
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(1)制造霍尔元件半导体参加导电自由电荷带负电,电流从乙图中霍尔元件左侧流入,右侧流出,霍尔元件________(填“前表面”或“后表面”)电势高.
(2)在图中画线连接成试验电路图.
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(3)已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n,每个自由电荷电荷量为e,霍尔元件厚度为h,为测量霍尔元件所处区域磁感应强度B,还必须测量物理量有________(写出详细物理量名称及其符号),计算式B=________.
【思绪引导】1.自由电荷在复合场中做什么运动?怎样判断霍尔元件表面电势高低?
2.电流微观表示式怎样书写?自由电荷受到哪些力作用?
【解析】本题属于教材“阅读材料”中关于霍尔效应知识点,关键是明确自由电荷在复合场中受到电场力和洛伦兹力作用,二力平衡.
(1)依据安培定则可知,通电直导线产生磁场在图示位置是竖直向下,电流从霍尔元件左侧流入,右侧流出,依据左手定则可知,带负电自由电荷受到安培力向里,聚集在后表面,故前表面电势较高.
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(2)电路中滑动变阻器控制电路中电流大小,电压表测量霍尔元件前后表面电势差,连接电路如图所表示:
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场性质
1.重力场
(1)力大小:________.
(2)力方向:____________.
(3)功效特点:重力做功与物体路径无关,只与__________________________相关;重力做功等于____________________.
知识点1
G=mg
竖直向下
初末位置高度差
重力势能降低许
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2.电场
(1)力大小:F=____,适合用于一切电场;F=______,适合用于点电荷电场.
(2)力方向:正电荷受力方向与场强方向______;负电荷受力方向与场强方向______.
(3)功效特点:电场力做功与电荷路径无关,只与初末位置_________相关;电场力做功等于_____________________.
qE
一致
相反
电势差
电势能降低许
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3.磁场
(1)洛伦兹力大小:F=_______,适合用于电荷运动方向与磁场方向垂直情况.
(2)力方向:满足____________,洛伦兹力垂直于运动__________________确定平面.
(3)功效特点:洛伦兹力充当圆周运动向心力,永不做功.
4.组合场和复合场
(1)组合场:电场和磁场存在显著界限,位于一定区域内,不相交,不重合.
(2)复合场:重力场、电场和磁场在空间某一区域同时存在,或是其中两种场同时存在.
左手定则
方向和磁场
qvB
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经典应用
1.速度选择器
(1)相互垂直匀强电场和匀强磁场复合,本质是受力平衡问题,如图所表示:
知识点2
(2)带电粒子在速度选择器中受到电场力和洛伦兹力作用,满足qE=qvB时,即速度满足_______时,粒子在速度选择器中做_____________运动.
匀速直线
电性
电荷量
质量
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2.质谱仪
(1)该模型是组合场模型,带电粒子先后经过____________、______________最终打在底板上,如图所表示:
加速电场
偏转磁场
越大
越大
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3.盘旋加速器
(1)盘旋加速器是经典组合场模型,装置由交变电场和匀强磁场组成,如图所表示:
(2)带电粒子在电场中加速,在匀强磁场中偏转,为了确保粒子不停被加速,交变电场改变周期必须和匀强磁场中圆周运动周期_______.
相等
D型盒半径
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4.霍尔元件
(1)霍尔元件是经典受力平衡模型,导体中自由电荷在洛伦兹力作用下偏转,最终到达受力平衡,如图所表示:
匀强磁场B和流过元件电流I
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尤其提醒
速度选择器、质谱仪、盘旋加速器、磁流体发电机、霍尔元件、电磁流量计等高科技仪器工作原理本质上就是电磁场复合问题.
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热门考点研析
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1.组合场
由两个或两个以上有界电场、磁场组合而成复
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