《2022届高三物理二轮重难点突破（北京专用）》专题11 电磁场综合应用（解析版）

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高三专题复习 12：电磁场综合应用
1. 电磁场在生活中的应用
1.1. 电场
【例1】 场致发射显微镜的构造如图所示：一根尖端直径约为 100nm 的针，位干真空玻璃球泡的中心，球
的内表面涂有荧光材料导电膜，在膜与针之间加上如图所示的高电压，使针尖附近的电场高达 4×109V/m，
电子就被从针尖表面拉出并加速到达涂层，引起荧光材料发光．这样，在荧光屏上就看到了针尖的某种像
（针尖表面的发射率图像），如分辨率足够高，还可以分辨出针尖端个别原子的位置．但由于电子波的衍
射，会使像模糊影响分辨率，将电极方向互换，并在玻离泡中充进氦气，则有氦离子产生打到荧光屏上，
可使分辨率提高．以下判断正确的是（ ）
A. 氦原子变成氦离子是在导电膜附近发生的
B. 电子从针尖到导电膜做匀加速运动
C. 电子或氦离子的撞击使荧光材料的原子跃迁到了激发态
D. 分辨率提高是因为氦离子的德布罗意波长比电子的长
【答案】C
【考点】信息题
【解析】本题综合考察尖端放电、跃迁、波的衍射：
A项：氦原子变成氦离子是在强电场力作用下发生，由于针尖端附近存在强电场强度，因此会在其附近发
生，不会在导电膜附近发生的，故 A错误；
B项：从针尖端到导电膜，电场强度越来越小、电场力也越来越小，因此电子做变加速运动，B错误；
C项：电子或氦离子的撞击使荧光材料的原子跃迁到了激发态，激发态原子不稳定，向基态跃迁，从而放
出能量，发出荧光，故 C正确；
D项：分辨率提高时衍射不明显，故氦离子的德布罗意波长比电子短，故 D错误；故选 C．
【例2】 传感器是智能社会的基础元件．如图所示，为电容式位移传感器的示意图，观测电容 C的变化即
可知道物体位移 x的变化，
∆ C
∆ x
表征该传感器的灵敏度．电容器极板和电介质板长度均为 L，测量范围为
−L
2≤ x ≤ L
2
，下列说法正确的是（ ）
A. 若电容器的电容变大，则可判断物体向－x方向运动
B. 若电容器的电容变大，则可判断物体向＋x方向运动
C. 电介质的介电常数越小，传感器灵敏度越高
D. 电容器的板间电压越大，传感器灵敏度越高
【答案】A
【考点】传感器
【解析】本题涉及电容器的动态变化，应结合电容的决定式
C=ε S
4π kd
求解：
设两极间距为 d，物体位移为 x，单位长度对应的两板正对面积为 S，电介质板的电介常数为 ε，则：
C=
(
0.5 L+x
)
S
4π kd +
(
0.5 L− x
)
ε S
4π kd
，（其中 ε＞1）
AB 项：物体向－x方向运动，x＜0，C增大，故 A正确、B错误；
CD 项：根据
∆ C
∆ x =
(
ε − 1
)
S
4π kd
可知，传感器的灵敏度随电介质的介电常数减小而减小，与电容器板件电压无
关，故 C、D错误；故选 A．
1.2. 磁场
【例3】 超导电磁船是一种不需要螺旋桨推进的低噪音新型船，如图是电磁船的简化原理图，AB 和CD 是
与电源相连的导体板，AB 与CD 之间部分区域浸没在海水中并有垂直纸面向内的匀强磁场（磁场由固定在
船上的超导线圈产生，其独立电路部分未画出），以下说法正确的是（ ）
A. 使船前进的力，是磁场对海水中电流的安培力
B. 要使船前进海水中的电流方向从 CD 板指向AB 板
C. 同时改变磁场的方向和电源正负极，推进力方向将与原方向相反
D. 若接入电路的海水电阻为R，其两端的电压为 U，则船在海水中前进时，AB 与CD 间海水中的电流强
度小于
【答案】D
【考点】安培力，非纯电阻电路
【解析】以海水为研究对象分析安培力，根据反作用力确定船的运动情况：
A选项：当CD 接直流电源的负极时，海水中电流方向由 AB 板指向CD 板，海水受到的安培力向左，根据
牛顿第三定律可知，船体受到向右的作用力，使船体向前运动，故 A错误；
B选项：要使船前进，海水中的电流方向由 AB 板指向OD 板，故 B错误；
C选项：同时改变磁场和电源的方向，海水受到的安培力方向不变，推进力方向与原方向相同，故 C错误；
D选项：路端电压 U一部分用来产生磁场，一部分由于海水有电阻，会产生热，故 UI＞I2R，即 I
¿U
R
，故
D正确；故选 D．
【例4】 有一种"电磁动力小火车"玩具，一节干电池与两块钕铁硼强磁铁紧密相连置于裸铜导线（表面没
有绝缘层）绕成的螺线管内部，两块磁铁与铜导线接触良好．实验发现如果干电池的正、负极与两块磁铁
的N、S极排布如图所示，则干电池与磁铁组成的"小火车"就会按照图中"运动方向"在螺线管内运动起来．
关于小火车的运动，下列判断正确的是（ ）
A. 驱动"小火车"运动的动力来自于两块磁铁之间的相互排斥力
B. 其他材料不变，只将干电池的正、负极左右对调，则小火车"运动方向变为向右运动
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