第五章 传感器 章小结-------2022-2023学年高二物理新教材基础 巩固 提升三级跳含答案.docx

第五章 传感器 章小结-2022-2023学年高二物理新教材基础 巩固 提升三级跳新教材 基础 巩固 提升三级跳第五章 传感器 章小结基础知识知识结构：知识点梳理：知识点一、传感器的工作原理及常用敏感元件1传感器感受的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如下面框图所示2常见敏感元件及其特性(1)光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大(2)热敏电阻和金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大，热敏电阻有正温度系数、负温度系数两种正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小(3)霍尔元件：能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量，UHk知识点二、传感器在实际问题中的应用以传感器为桥梁可以将多方面的物理知识整合在一起，在实际问题中既可以直接考查传感器知识，也可以考查敏感元件的敏感特性，几种传感器及与其相联系的物理知识，如表：传感器种类敏感元件与之相联系的物理知识光电传感器光敏电阻直流电路动态分析温度传感器热敏电阻直流电路问题力传感器压敏电阻力学、运动学与直流电路电容传感器电容器力、运动与含电容电路巩固所学一、单选题1利用现代信息技术进行的实验叫作DIS实验，DIS由传感器、数据采集器和计算机组成。如图所示为“用DIS测变速直线运动的瞬时速度”实验的装置图，图中所示的器材的传感器为（）A位移传感器B速度传感器C时间传感器D光电门传感器2下列关于传感器的说法，正确的是（）A所有传感器都是由半导体材料制成的B传感器不是电视遥控接收器的主要元件C话筒中的传感器将电信号转换为声信号D传感器能将非电学量按一定规律转换为电学量或者电路的通断3如图甲所示，条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时，遇到黑色线条，发光二极管发出的光线将被吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗；遇到白色间隔，光线被反射到光敏三极管，三极管呈低阻抗。光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号，信号经信号处理系统处理，即完成对条形码信息的识别，等效电路图如图乙所示，其中R为光敏三极管的等效电阻，为定值电阻，下列判断正确的是（）A当扫描笔头在黑色线条上移动时，信号处理系统获得高电压B当扫描笔头在白色间隔上移动时，信号处理系统获得高电压C扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响D扫描笔头外壳出现破损时仍然能正常工作4如图甲所示，条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时，遇到黑色线条，发光二极管发出的光线将被吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗；遇到白色间隔，光线被反射到光敏三极管，三极管呈低阻抗。光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号，信号经信号处理系统处理，即完成对条形码信息的识别，等效电路图如图乙所示，其中R为光敏三极管的等效电阻，为定值电阻，下列判断正确的是（）A当扫描笔头在黑色线条上移动时，信号处理系统获得高电压B当扫描笔头在白色间隔上移动时，信号处理系统获得低电压C扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响D扫描笔头外壳出现破损时可能无法正常工作5酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车的现场检测，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的示数就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r'的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，关于电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系，正确的是（）AU越大，表示c越大，U与c成正比BU越大，表示c越大，但是U与c不成正比CU越大，表示c越小，U与c成反比DU越大，表示c越小，但是U与c不成正比6某压敏电阻的阻值R随压力F变化的规律如图甲所示，将它水平放在电梯地板上并接入如图乙所示的电路中，在其受压面上放一物体m，即可通过电路中电流表A的示数I来研究电梯的运动情况。已知电梯静止时电流表的示数为I0。下列说法正确的是（）A若示数II0，则电梯处于超重状态B若示数II0，则电梯一定处于静止状态C若示数I在减小，则电梯的速度在减小D若示数I保持不变，则电梯一定处于平衡状态7如图是电饭锅的结构示意图。电饭锅中的感温铁氧体在常温下具有铁磁性，能被磁体吸引，当温度上升到约103（称为感温铁氧体的“居里点”）时，就会失去铁磁性，不能被磁体吸引，在电饭锅工作过程中，下列说法错误的是（   ）A煮饭时手压开关按钮，永磁体与感温铁氧体相吸同时接通电路B当锅底水分刚好被大米全部吸收时，电饭锅立即自动断电C当感温铁氧体的温度达到“居里点”时，电饭锅自动断电D若用电饭锅烧水至沸腾时，感温铁氧体与永磁体仍吸在一起8某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示，电路中的和，其中一个是定值电阻，另一个是压力传感器（可等效为可变电阻）。水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于时，控制开关自动开启低水位预警；当a、b两端的电压小于（、为定值）时，控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是（）AB为压力传感器C若定值电阻的阻值越大，开启高水位预警时的水位越低D若定值电阻的阻值越大，开启低水位预警时的水位越高二、多选题9传感器在现代生产生活中的应用十分广泛。下列传感器中，输入物理量为温度的是（）A热敏电阻B电阻应变片C金属热电阻D电容式位移传感器10如图是苹果自动分拣装置的示意图。该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。为压力传感器。为可调电阻，两端电压越大，电磁铁对分拣开关的衔铁吸引越强（）A压力越大越大B压力越大越小C调节的大小可以起到保护电路的作用D调节的大小可以改变苹果筛选的标准11电容式传感器是用来将各种非电学物理量转变为电学物理量的装置。如图是四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是 （）A甲图的传感器可以用来测量角度B乙图的传感器可以用来测量液面的高度C丙图的传感器可以用来测量压力D丁图的传感器可以用来测量速度12传感器已广泛应用在生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是（）A电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了红外线传感器B电饭锅能够自动控制温度的原因是它装有温度传感器C电子秤所使用的测力装置是力传感器D电脑所用的光电鼠标主要采用声波传感器能力提升三、实验题13如图甲所示为一利用光敏电阻测量储液罐中液面高度装置的示意图。当罐中装满液体时，液面与出液口高度差为h，罐外有一竖直放置的管，管内一侧有沿竖直线排列的多个光敏电阻，另一侧有一列光强稳定的光源。液面上一浮块与一块遮光板通过定滑轮相连，遮光板可随浮块的升降在管内上下运动，光敏电阻的总长度和遮光板的总长度都为h。当储液罐内装满液体时，遮光板的上沿与最下面的光敏电阻的下边缘等高，管内的光均匀地照射在光敏电阻上，光敏电阻和仪表相连。现要求设计一电路以利用上述装置测量液面的高度。为将问题简化，假设管内只有3个光敏电阻R1、R2、R3，分别位于管的上端、下端和中央；它们的暗电阻均为R10k，被管内光源照亮时电阻均为R1.0k。给定的仪器还有：直流电源E（电动势为9V，电阻不计），3个定值电阻，阻值分别为R42.5k，R51.8k，R61.5k；电压表V（量程为03V，内阻可视为无穷大），开关一个，导线若干。要求：当罐内装满液体时，电压表恰好为满量程。（1）如图乙所示为某次电压表的示数为_V。（2）选择合适的定值电阻，在如图丙所示虚线框内画出电路图，并用题中给定的符号标明图中各元件_。（3）液面与出液口等高时电压表的示数为_V。（结果保留两位有效数字）（4）若管内的光强变暗，使得光敏电阻被照亮时的阻值变为1.2k，则定值电阻的阻值应变为_k，便可达到题目要求。（结果保留两位有效数字）四、解答题14传感器工作通常涉及的要素主要有：敏感元件；非电学量；电学量；转换电路；转换元件等。试将这些要素按照传感器工作的逻辑程序重新排列。15有些楼道的照明灯是声音控制的，当人过来发出声响就会发光，人离开后就会熄灭。这种照明灯内部至少包含了哪两种传感器？参考答案：1D【来源】2023高中物理同步学案优化设计人教版选择性必修第二册 第五章测评【详解】DIS由传感器、数据采集器和计算机组成。图中所示的器材为光电门传感器。故选D。2D【来源】2023步步高 选择性必修2（通用）第五章1认识传感器2常见传感器的工作原理及应用【详解】A传感器材料有半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，A错误；B电视遥控接收器的主要元件是红外线传感器，B错误；C话筒中的传感器是声传感器，它将声信号转换为电信号，C错误；D传感器能将非电学量按一定规律转换为电学量或者电路的通断，D正确。故选D。3B【来源】5.1认识传感器（练习）2022-2023学年高二物理课后培优分级练人教版（2019）选择性必修第二册【详解】AB信号处理系统获得的电压是R0两端的电压，当扫描笔头在黑色线条上移动时，R相当于大电阻，根据闭合电路欧姆定律，回路电流很小，R0两端的电压很低，信号处理系统获得低电压；当扫描笔头在白色间隔上移动时，R相当于小电阻，回路电流较大，R0两端的电压较高，信号处理系统获得高电压，A错误，B正确；C如果扫描速度发生变化，在信号处理系统中高低电压的时间间隔就会发生变化，从而无法正确判断黑、白条纹宽度，可能出现错误识别信息，C错误；D扫描笔头外壳出现破损时，外面的光就会进入光敏三级管，从而出现错误信息，导致不能正常工作，D错误。故选B。4D【来源】山西省运城市2021-2022学年高二下学期期末调研测试物理试题【详解】AB当扫描笔头在黑色线条上移动时，光敏三极管呈高阻抗，处于断路状态，所以两端的电压为零，信号处理系统获得低电压，同理，在白色间隔上移动时信号处理系统时电路总电阻小而电流大因此两端电压高而获得高电压，AB错误；C扫描速度不同，信号处理系统接收到的因同一黑色线条（白色间隔）产生的低（高）电压时间不同，C错误；D外壳破损，外界光线可能会照到光敏三极管上，导致信息读取错误，D正确。故选D。5B【来源】5.1认识传感器（练习）2022-2023学年高二物理课后培优分级练人教版（2019）选择性必修第二册【详解】由题意可知电压表测的是R0两端的电压由此式可以看出U越大，表示c越大，但是U与c不成正比故选B。6A【来源】5.2常见传感器的工作原理及应用（练习）2022-2023学年高二物理课后培优分级练人教版（2019）选择性必修第二册【详解】B若示数为I0，说明m对压敏电阻的压力与静止时相同，即m的合外力为零，电梯可能处于静止状态也可能处于匀速运动状态，故B错误；A由题意可知电梯静止时电流表的示数为I0，此时压敏电阻受到的压力等于m的重力。由图可知，压力越大，阻值越小，示数II0时，电路中电流比静止时大，说明压敏电阻阻值变小，压力增大，说明m对压敏电阻的压力比静止时大，即压力大于重力，物体处于超重状态，故A正确；C若示数I在减小，说明压敏电阻的阻值在增大，所以压敏电阻受到的压力在逐渐减小，由上述条件只能判断压敏电阻受到的压力在变化，由于不能确定压力与重力的大小关系，故无法确定电梯速度如何变化，故C错误；D由图可知压敏电阻的阻值与受到的压力有关，若示数I不变，说明压敏电阻的阻值保持不变，压敏电阻受到的压力不变，m受到的支持力不变，m的合外力恒定，故m可能做匀变速直线运动，也可能做匀速运动，故D错误。故选A。7B【来源】5.2常见传感器的工作原理及应用（练习）2022-2023学年高二物理课后培优分级练人教版（2019）选择性必修第二册【详解】A由电路图可看出煮饭时手压开关按钮，永磁体与感温铁氧体相吸，触电相连接，同时接通电路，A正确，不符合题意；B在1标准大气压下水的沸点是100°C，即水在沸腾后温度为100°C，则当锅底水分刚好被大米全部吸收时温度还是100°C，没有达到感温铁氧体的“居里点”，感温铁氧体不会失去铁磁性，则感温铁氧体与永磁体仍吸在一起，电饭锅不会立即自动断电，B错误，符合题意；C当感温铁氧体的温度达到“居里点”时，感温铁氧体失去铁磁性，则弹簧将感温铁氧体与永磁体弹开，电饭锅立即自动断电，C正确，不符合题意；D在1标准大气压下水的沸点是100°C，即水在沸腾后温度为100°C，此时继续吸热，温度不会升高，没有达到感温铁氧体的“居里点”，感温铁氧体不会失去铁磁性，则感温铁氧体与永磁体仍吸在一起，D正确，不符合题意。故选B。8C【来源】2022年新高考北京物理高考真题【详解】AB题意可知水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。控制开关自动开启低水位预警，此时水位较低，压力传感器的电阻值较大，由于a、b两端此时的电压大于，根据串联电路电压分部特点可知，为压力传感器，故高水位时压力传感器的电阻值越小，压力传感器两端电压变小， ，AB错误；CD根据闭合电路欧姆定律可知，a、b两端的电压为若定值电阻的阻值越大，当开启低水位预警时a、b两端的电压大于时，压力传感器阻值需要越大，则水位越低；当a、b两端的电压小于时开启高水位预警时，压压力传感器阻值需要越大，则水位越低。C正确，D错误。故选C。9AC【来源】2023届重庆市普通高中学业水平选择性考试高考模拟调研卷物理试题（二）（康德卷）【详解】A热敏电阻是将温度信号转化为电压（电阻）信号输出的，A正确；B电阻应变片是将压力信号转化为电压（电阻）信号输出的，B错误；C金属热电阻是将温度信号转化为电压（电阻）信号输出的，C正确；D电容式位移传感器，是将位移信号转化为电压（电阻）信号输出的，D错误。故选AC。10BD【来源】5.2常见传感器的工作原理及应用（练习）2022-2023学年高二物理课后培优分级练人教版（2019）选择性必修第二册【详解】AB压力越大，若越小，则总电阻越小，总电流越大，故两端电压越大，则电磁铁对分栋开关的衔铁吸引越强，所以大苹果从下面的轨道通过，小苹果从上面轨道通过，可以起到自动分拣大小苹果的效果，反之则不能，故A错误，B正确；CD通过调节的大小，可以改变的两端的电压，则可以改变电磁铁对分栋开关的衔铁吸引力的强弱，从而改变苹果筛选的标准，故C错误，D正确。故选BD。11ABC【来源】2022版高中同步人教版选择性必修第二册 第五章 2 常见传感器的工作原理及应用基础过关练【详解】A甲图中，当动片与定片之间的夹角发生变化时，极板的正对面积变化，使电容器电容变化，如果知道了电容器电容的变化情况就可以知道夹角的变化情况，则甲图的传感器可以用来测量角度，故A正确；B乙图中，金属芯线和导电液体构成电容器的两个电极，液面高度变化时，正对面积发生变化，使电容器电容变化，如果知道了电容器电容的变化情况就可以知道液面高度的变化情况，则乙图的传感器可以用来测量液面的高度，故B正确；C丙图中，力作用在可动电极上，可动电极发生形变，与固定电极间距离发生变化，使电容器电容变化，如果知道了电容器电容的变化情况就可以知道力的变化情况，则丙图的传感器可以用来测量压力，故C正确；D丁图中，随着电介质进入极板间长度的变化，使电容器电容变化，如果知道了电容器电容的变化情况就可以知道电介质进入长度的变化情况，则丁图的传感器可以用来测量位移，故D错误。故选ABC。12ABC【来源】2023新教材高考总复习首选用卷 考点38传感器实验：利用传感器制作简单的自动控制装置 夯基础【详解】A电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了红外线传感器，故A正确；B电饭锅能够自动控制温度的原因是它装有温度传感器，故B正确；C电子秤所使用的测力装置是力传感器，故C正确；D电脑所用的光电鼠标主要采用光传感器，而不是声波传感器，故D错误。故选ABC。13     1.40          0.43     1.8【来源】专题68 探究变压器电压与匝数关系、传感器的利用-2023届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练【详解】（1）1电压表量程为03V，每小格表示0.1V，指针示数为1.40V。（2）2当罐内装满液体时，3个光敏电阻均受到光照射，电阻均为1.0k，可把三个光敏电阻串联后再与定值电阻Rx串联，接在直流电源两端，把电压表接在定值电阻两端，则有故Rx1.5k电压表应与电阻R6并联构成电路，当罐内装满液体时，电压表恰好为满量程。电路图如图所示（3）3当液面与出液口等高时，光源完全被遮光板遮住，此时三个光敏电阻的阻值均为10k，则电压表的示数为（4）4若光敏电阻被照亮时的阻值变为1.2k，为使电压表满量程，则定值电阻的阻值变为Rx，Rx满足解得Rx1.8k14【来源】沪科版（2020）选择性必修第二册 第九章 第一节 传感器及其敏感元件【详解】传感器将非电学量转换为电学量的顺序为：非电学量敏感元件转换元件转换电路电学量15见解析【来源】沪科版（2020）选择性必修第二册 第九章 传感器 复习与巩固【详解】这种照明灯内部至少包含了光传感器和声音传感器；即白天光线较强时自动切断电源，晚上光线较弱时自动接通电源，然后再通过声音传感器控制电路的通和断，做到人走灯灭。新教材 基础 巩固 提升三级跳第一章 安培力与洛伦兹力 章小结基础知识知识结构：知识点梳理：1.1磁场对通电导线的作用力一、安培力的方向1、安培力：通电导线在磁场中受的力。2、左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。3、安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：FB，FI，即F垂直于B与I所决定的平面。二、安培力的大小1、垂直于磁场B放置、长为L的通电导线，当通过的电流为I时，所受安培力为。2、当磁感应强度B的方向与导线方向成角时，公式。三、磁电式电流表1、原理：安培力与电流的关系。通电线圈在磁场中受到安培力而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越大，根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向。2、构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。3、特点：极靴与圆柱间的磁场沿半径方向，线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直。线圈平面与磁场方向平行，如图所示。4、优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱。1.2磁场对运动电荷的作用力一、洛伦兹力的方向1、洛伦兹力(1)定义：运动电荷在磁场中所受的力。(2)与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的宏观表现。2、洛伦兹力的方向左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动方向，这时大拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。二、洛伦兹力的大小1、当v与B成角时：2、当时，3、当时：三、电子束的磁偏转1、电视显像管的构造：如图所示，由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。2、电视显像管的原理(1)电子枪发射电子(2)电子束在磁场中偏转(3)荧光屏被电子束撞击发光3、扫描：在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。4、偏转线圈：使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的。1.3带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动1、若vB，洛伦兹力F0，带电粒子以速度v做匀速直线运动。2、若vB，带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动。（1）向心力由洛伦兹力提供，即。（2）轨道半径：。（3）周期：，T与速度v无关。3、若v与B的夹角为（），带电粒子将做等螺距的螺旋线运动。二、 带电粒子做匀速圆周运动的周期和半径1、半径公式当物体做匀速圆周运动时，向心力与物体速度、圆半径之间的关系式为。洛伦兹力提供带电粒子做圆周运动所需的向心力，由牛顿第二定律得。带电粒子做匀速圆周运动的半径为。注意：带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径与磁感应强度B、粒子质量m、电荷量q及运动速率v有关。2、周期公式轨道半径与周期之间的关系为，带入半径表达式可得运动的周期。【重难详解】一、带电粒子在匀强电场和匀强磁场中偏转的区别 类型项目垂直电场线进入匀强电场（不计重力）垂直磁感线进入匀强磁场（不计重力）受力情况电场力F=Eq大小、方向不变洛伦兹力大小不变，方向时刻与v垂直运动类型类平抛运动匀速圆周运动或圆周的一部分运动轨迹抛物线圆或圆的一部分图示轨迹求解方法偏移距离y和偏转角要通过类平抛运动的规律求解偏移距离y和偏转角要结合圆的几何关系通过圆周运动的规律求解二、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动问题的分析方法1、圆心的确定圆心一定在与速度方向垂直的直线上。圆心位置的确定通常有以下两种基本方法：（1）已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆心（如图甲所示，P为入射点，M为出射点）。（2）已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆心（如图乙所示，P为入射点，M为出射点）。2、运动半径的三种常见求法（1）根据半径公式求解。（2）根据勾股定理求解。如图中，若已知出射点相对于入射点侧移了x，磁场的宽度为d，则有： 。（3）根据三角函数求解。如图中，若已知出射速度方向与入射速度方向的夹角为，磁场的宽度为d，则有。3、角度的三个关系（1）粒子速度的偏向角等于回旋角（圆心角），并等于AB弦与切线的夹角（弦切角）的2倍，如图甲所示，即。（2）相对的弦切角相等，与相邻的弦切角互补，即，如图甲所示。（3）进出同一直线边界时速度方向与该直线边界的夹角相等，如图乙所示。4、粒子在磁场中运动时间的确定（1）利用回旋角（圆心角）与弦切角的关系，或者利用四边形的内角和等于计算圆心角的大小。若用角度表示，则；若用弧度表示，则，可求出粒子在磁场中的运动时间。（2）利用粒子在磁场中运动的弧长s和速度v求解三、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动问题的分析方法1、直线边界（如图所示）粒子进入磁场时的速度，垂直于边界时，出射点距离入射点最远，且入射点和出射点的距离，如图甲所示；同一出射点，可能对应粒子的两个入射方向，且一个“优弧”，一个“劣弧”，如图乙、丙中的出射点A。2、平行边界（如图所示）3、相交直边界（如图所示）4、圆边界（如图所示）（1）粒子沿圆形区域匀强磁场的半径方向垂直射入磁场，必沿半径方向射出磁场，如图甲所示。（2）粒子射入磁场的速度方向与入射点和磁场圆心连线的夹角等于射出磁场的速度方向与出射点和磁场圆心连线的夹角，如图乙所示。1.4质谱仪与回旋加速器一、质谱仪1原理：如图所示。2加速带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得：Uqmv2。3偏转带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：qvB。4由两式可以求出粒子运动的半径r、质量m、比荷等。其中由r可知电荷量相同时，半径将随质量变化。5质谱仪的应用可以测定带电粒子的质量和分析同位素。二、回旋加速器1工作原理如图所示，D1和D2是两个中空的半圆金属盒，它们之间有一定的电势差U，A处的粒子源产生的带电粒子在两盒之间被电场加速。D1、D2处于与盒面垂直的匀强磁场B中，粒子将在磁场中做匀速圆周运动，经半个圆周(半个周期)后，再次到达两盒间的缝隙，控制两盒间电势差，使其恰好改变正负，于是粒子在盒缝间再次被加速，如果粒子每次通过盒间缝隙均能被加速，粒子速度就能够增加到很大。2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。3最大动能由qvB和Ekmv2得Ek。【重难详解】考点1：对回旋加速器的理解1.磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动。其周期在q、m、B不变的情况下与速度和轨道半径无关，带电粒子每次进入D形盒都运动半个周期()后平行电场方向进入电场加速。如图所示。2电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的狭缝区域存在周期性变化的且垂直于两个D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。根据动能定理：qUEk。3交变电压的作用：为保证粒子每次经过狭缝时都被加速，使之能量不断提高，需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。4带电粒子的最终能量：由r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，则带电粒子的最终动能Ekm。可见，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能地增大磁感应强度B和D形盒的半径R。5粒子被加速次数的计算：粒子在回旋加速器中被加速的次数n(U是加速电压的大小)，一个周期加速两次。6粒子在回旋加速器中运动的时间：在电场中运动的时间为t1，在磁场中运动的时间为t2T(n是粒子被加速次数)，总时间为tt1t2，因为t1t2，一般认为在盒内的时间近似等于t2。考点2：求解回旋加速器问题的两点注意(1)带电粒子通过回旋加速器最终获得的动能Ekm，与加速的次数以及加速电压U的大小无关。(2)交变电源的周期与粒子做圆周运动的周期相等。巩固所学一、单选题1匀强磁场垂直纸面向内，纸面内有一通电导体棒，电流方向如图所示保持电流大小不变，以导体棒的中点为转轴，在纸面内逆时针转过的过程中，导体棒所受的安培力大小（）A不变B一直变大C先变大后变小D先变小后变大2如图所示，把一个可以绕水平轴转动的铝盘放在蹄形磁铁的磁极之间，盘的下边缘浸在水银槽中，将转轴和水银用导线直接接在电源的两极上，则（）A由于磁场力的作用，铝盘将作逆时针方向转动B由于磁场力的作用，铝盘将作顺时针方向转动C将电源两极对调，铝盘转动方向不变D将蹄形磁铁的磁极对调，铝盘转动方向不变3图中分别标出了在匀强磁场中的通电直导线的电流I，磁场的磁感应强度B和所受磁场力F的方向，其中正确的是（）ABCD4下面有关物理公式书写正确的是（）A匀变速直线运动位移与时间关系：B电容器的电容：C万有引力定律：D安培力公式：5如图甲所示为“海影号”电磁推进实验舰艇，舰艇下部的大洞使海水前后贯通。舰艇沿海平面截面图如图乙所示，其与海水接触的两侧壁M和N分别连接舰艇内电源的正极和负极，使得M、N间海水内电流方向为，此时加一定方向的磁场，可使得M、N间海水受到磁场力作用而被推出，舰艇因此向右前进，则所加磁场的方向应为（）A水平向左B水平向右C垂直纸面向外D垂直纸面向里6如图所示是闪电击中广州塔的画面，广州塔的尖顶是一避雷针，雷雨天气时，底端带负电的云层经过避雷针上方时，避雷针尖端放电形成瞬间强电流，乌云所带的负电荷经避雷针导入大地，在此过程中，下列说法正确的是（）A云层靠近避雷针时，针尖感应出负电荷B避雷针上的电流方向从尖端流向底端C避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度小D地磁场对避雷针的作用力方向向西7如图所示，空间存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场。在该区域中，有一个竖直放置的光滑绝缘圆环，环上套有一个带正电的小球。O点为圆环的圆心，a、b、c、d为圆环上的四个点，a点为最高点，c点为最低点，b、O、d三点在同一水平线上。已知小球所受电场力与重力大小相等。现将小球从环的顶端a点由静止释放，下列判断正确的是（）A小球能越过d点并继续沿环向上运动B当小球运动到c点时，所受洛伦兹力最大C小球从a点运动到b点的过程中，重力势能减小，电势能增大D小球从b点运动到c点的过程中，电势能增大，动能先增大后减小8如图所示，氕、氘、氚三种核子分别从静止开始经过同一加速电压U1（图中未画出）加速，再经过同一偏转电压U2偏转，后进入垂直于纸面向里的有界匀强磁场，氕的运动轨迹如图。则氕、氘、氚三种核子射入磁场的点和射出磁场的点间距最大的是（）A氕B氘C氚D无法判定二、多选题9如图所示，在带电的两平行金属板间有相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度为B，电场强度为E，现有一电子以速度v0平行金属板射入场区，则（  ）A若电子沿轨迹运动，则B若电子沿轨迹运动，则C若电子沿轨迹运动， 则D若电子沿轨迹运动，则10如图甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁体和铁芯间的磁场均匀辐向分布，边长为的匝正方形线圈中通以电流，如图乙所示，线圈中左侧一条导线电流方向垂直纸面向外，右侧导线电流方向垂直纸面向里，、两条导线所在处的磁感应强度大小均为，则（）A该磁场是匀强磁场B该线圈的磁通量为C导线受到的安培力方向向上D导线受到的安培力大小为11一束混合粒子流从一发射源射出后，进入如图所示的磁场，分离为1、2、3三束粒子流，则下列选项正确的是（）A1带正电B1带负电C2不带电D3带负电12如图所示，、为三根与纸面垂直的固定长直导线，其截面位于等边三角形的三个顶点上，沿水平方向，导线中均通有大小相等的电流，方向如图所示。点为三角形的中心到三个顶点的距离相等，已知导线在斜边中点处所产生的磁场的磁感应强度大小为，则（）A点的磁感应强度为B点的磁场方向沿连线方向指向C导线受到的安培力方向水平向左D导线受到的安培力方向沿连线方向指向能力提升三、实验题13如图所示，虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场。现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力，来测量磁场的磁感应强度大小，并判定其方向。所用部分器材已在图中给出，其中D为位于纸面内的U形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长；E为直流电源；R为电阻箱；A为电流表；S为开关，此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线，实验电路图如图所示。（1）完成下列主要实验步骤中的填空。按图接线保持开关S断开，在托盘内加入适量细沙，使D处于平衡状态，然后用天平称出细沙质量闭合开关S，调节R的值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使D重新处于平衡状态；然后读出_，并用天平称出_用米尺测量_（2）用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小，可以得出B = _。四、解答题14如下图所示是阴极射线管的示意图。接通电源后，阴极射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下（z轴负方向）偏转，可以通过怎样的方式实现？15如图所示，水平向左的匀强电场的场强，垂直纸面向内的匀强磁场的，质量为的带正电的小物块A从竖直绝缘墙上的M点由静止开始下滑，滑行到达N点时离开墙面开始做曲线运动，在到达P点开始做匀速直线运动，此时速度与水平方向成45°角，P点离开M点的竖直高度为，取试求：（1）A沿墙下滑克服摩擦力做的功；（2）P点与M点的水平距离。参考答案：1A【来源】河南省豫南名校2021-2022学年高二下学期期末联考物理试题【详解】导体棒在纸面内逆时针转过的过程中，电流方向始终与磁场方向垂直，根据安培力的表达式易知，导体棒所受的安培力大小不变。故A正确；BCD错误。故选A。2A【来源】广东省潮州市饶平县第二中学2021-2022学年高二下学期月考物理试题（二）【详解】AB根据左手定则可知，铝盘将作逆时针方向转动，A正确，B错误；C将电源两极对调，铝盘将作顺时针方向转动，C错误；D将蹄形磁铁的磁极对调，铝盘将作顺时针方向转动，D错误。故选A。3B【来源】第01讲 磁场对通电导线的作用力 2023年高中寒假精品课（人教版2019选择性必修第二册）【详解】根据左手定则的内容：伸开左手，使大拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向，可得：A电流与磁场方向平行，没有安培力，故A错误；B根据左手定则可知，安培力的方向是垂直导体棒向下的，故B正确；C根据左手定则可知，安培力的方向是垂直导体棒向下的，故C错误；D电流与磁场方向平行，没有安培力，故D错误。故选B。4C【来源】2022年浙江省高考模拟卷学考测试物理试题（一）【详解】A匀变速直线运动位移与时间关系故A错误；B电容器的电容故B错误；C万有引力定律故C正确；D安培力公式F=BILsin故D错误。故选C。5C【来源】辽宁省葫芦岛市兴城市中学等四校2022-2023学年高二上学期12月联考物理试题【详解】根据题意可知，舰艇向右前进，则海水受到向左的安培力，由左手定则可知，所加磁场的方向应为垂直纸面向外。故选C。6D【来源】江苏省2022-2023学年高二下学期学业水平合格性考试物理仿真模拟检测卷（五）【详解】A根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，可知云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷，故A错误；B负电荷从尖端流向底端，而