1.4质谱仪与回旋加速器 同步练习—2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（word含答案）

1.4质谱仪与回旋加速器 同步练习
一、单选题
1．下列物理学史叙述正确的是（ ）
A．亚里士多德用科学推理论证了重的物体和轻的物体下落一样快
B．密立根通过油滴实验精确测定了元电荷的电荷量
C．牛顿提出行星运动三大定律
D．洛仑兹发明的回旋加速器能在实验室中获得大量的高能粒子
2．下列说法正确的是（　　）
A．安培提出了分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流
B．法拉第首先发现了电流周围存在磁场
C．丹麦物理学家奥斯特首先发现电磁感应现象
D．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，加速粒子时粒子从磁场中获得能量
3．如图所示是电磁流量计的示意图。圆管由非磁性材料制成，空间有匀强磁场。当管中的导电液体流过磁场区域时，测出管壁上MN两点的电动势E，就可以知道管中液体的流量q——单位时间内流过管道横截面的液体的体积。已知管的直径为d，磁感应强度为B，则关于q的表达式正确的是（　　）
A． B．
C． D．
4．如图所示，两竖直平行边界内，匀强电场方向竖直(平行纸面)向下，匀强磁场方向垂直纸面向里。一带负电小球从 P 点以某一速度垂直边界进入，恰好沿水平方向做直线运动。若增大小球从 P 点进入的速度但保持方向不变，则在小球进入的一小段时间内，下列说法不正确的是（　　）
A．小球的动能减小
B．小球的电势能减小
C．小球的重力势能减小
D．小球的机械能减小
5．回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示，它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速。两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出。下列关于回旋加速器说法正确的是（　　）
A．带电粒子从磁场获得能量
B．增大匀强电场，粒子射出时速度越大
C．增大匀强磁场，粒子射出时速度越大
D．因为洛伦兹力不做功，粒子射出时的速度与磁场无关
6．为了利用海洋资源，海洋工作者有时根据水流切割地磁场所产生的感应电动势来测量海水的流速．假设海洋某处的地磁场竖直分量为B＝0.5×10－4T，水流是南北流向，如图将两个电极竖直插入此处海水中，且保持两电极的连线垂直水流方向．若两极相距L＝10m，与两电极相连的灵敏电压表的读数为U＝2 mV，则海水的流速大小为 （ ）
A．40 m/s
B．4 m/s
C．0.4 m/s
D．4×10-3 m/s
7．一种新型发电机叫磁流体发电机,如图所示表示它的发电原理:将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和负电的粒子,而从整体来说呈中性)沿图中所示方向喷射入磁场,磁场中有两块金属板A、B,这时金属板上就聚集了电荷.在磁极配置如图中所示的情况下,下列说法中正确的是 （　　）
A．A板带正电
B．有电流从b经用电器流向a
C．金属板A、B间的电场方向向下
D．等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力小于所受电场力
8．如图所示的平行板之间，电场强度E和磁感应强度B相互垂直，具有不同水平速度的带电粒子（不计重力）射入后发生偏转的情况不同。这种器件能把具有特定速度的粒子选择出来，所以叫速度选择器。下列关于速度选择器的说法正确的是（　　）
A．这个特定速度与粒子的质量有关
B．这个特定速度与粒子的比荷有关
C．从右向左以特定速度射入的粒子有可能沿直线穿出速度选择器
D．从左向右以特定速度射入的粒子才能沿直线穿出速度选择器
9．磁流体发电的原理如图所示。将一束速度为的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为的匀强磁场中，在相距为、宽为、长为的两平行金属板间便产生电压。如果把上、下板和电阻连接，上、下板就是一个直流电源的两极。若稳定时等离子体可看作在两板间均匀分布，电阻率为，忽略边缘效应，下列判断正确的是（　　）
A．上板为正极，电流 B．上板为负极，电流
C．下板为正极，电流 D．下板为负极，电流
10．回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示，它的核心部分是两个D形金属，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，两盒间的的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速。两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出。如果用同一回旋加速器分别加速氚核（）和粒子（）比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，有（　　）
A．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能也较大
B．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小
C．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小
D．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大
11．某一个带有速度选择器的质谱仪原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压为U1；B为速度选择器，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为B1；B的两板间距离为d，电场方向向左或向右未知；C为偏转分离器，磁感应强度为B2。今有一质量为m、电荷量为q的粒子（不计重力），经加速后，该粒子恰能沿直线通过速度选择器B，然后进入分离器做匀速圆周运动，下列分析正确的是（　　）
A．该粒子不一定带正电
B．B区域中电场方向可能向右
C．增大U1并相应减小B1，粒子才可能仍然沿直线通过B
D．增大U1并相应改变B1，使粒子仍然沿直线通过B，在C中的半径可能不变
12．若一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是（　　）
A．该束带电粒子带负电
B．速度选择器的极板带正电
C．在磁场中运动半径越大的粒子，质量越大
D．在磁场中运动半径越大的粒子，电荷量越大
13．如图所示，磁流体发电机的通道是一长度为L的矩形管道，通道的左、右两侧壁是导电的，其高为h，间隔为a，而通道的上、下壁是绝缘的，所加匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向与通道的上、下壁垂直且向上。等离子体以速度v沿如图所示的方向射入，已知等离子体的电阻率为ρ，负载电阻为R，不计等离子体的重力，不考虑离子间的相互作用力。下列说法不正确的是（　　）
A．该发电机产生的电动势为Bva
B．若增大负载电阻的阻值，电源的效率一定增大
C．闭合开关后，流过负载R的电流为
D．为了保持等离子体恒定的速度v，通道两端需保持一定的压强差
14．2020年新冠肺炎爆发后，我国P4实验室为研制新冠疫苗做出了重大贡献。为了无损测量生物实验废弃液体的流量，常用到一种电磁流量计，其原理可以简化为如图所示模型：废液内含有大量正、负离子，从直径为d的圆柱形容器右侧流入，左侧流出。流量值Q等于单位时间通过横截面液体的体积。空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，若M、N两点间的电压为U。下列说法正确的是（　　）
A．M点的电势高于N点的电势
B．排放废液的流速为
C．排放废液的流量为
D．若废液中正、负离子的浓度增大，M、N间的电势差会增大
15．如图所示为质谱仪的工作原理图，在容器A中存在若干种电荷量q相同而质量m不同的带电粒子，它们可从容器A下方经过窄缝S1和S2之间的电场加速后射入速度选择器，速度选择器中的电场E和磁场B都垂直于离子速度，且E也垂直于B。通过速度选择器的粒子接着进入均匀磁场B0中，沿着半圆周运动后到达照相底片上形成谱线。若测出谱线A到入口S0的距离为x，则下列能正确反映x与m之间函数关系的是（　　）
A． B． C． D．
16．海底通信电缆通电后会产生磁场，科学家为了检测某一海域中磁感应强度的大小，利用图中一块长为a、宽为b、厚为c，单位体积内自由电子数为n的金属霍尔元件，放在海底磁场中，当有如图所示的恒定电流I（电流方向和磁场方向垂直）通过元件时，会产生霍尔电势差，通过元件参数可以求得此时海底的磁感应强度B的大小（地磁场较弱，可以忽略）。下列说法正确的是（提示：电流I与自由电子定向移动速率v之间关系为，其中e为单个电子的电荷量）（　　）
A．元件上表面的电势高于下表面的电势
B．仅增大霍尔元件的宽度c，上、下表面的电势差不变
C．仅增大霍尔元件的厚度b，上、下表面的电势差不变
D．其他条件一定时，霍尔电压越小，则该处的磁感应强度越大
17．磁流体发电是一项新兴技术。如图所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场，图中虚线框部分相当于发电机，把两个极板与用电器相连，则（　　）
A．用电器中的电流方向从B到A
B．若只增大金属板间距，发电机的电动势减小
C．若只增大带电粒子电量，发电机的电动势增大
D．若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大
18．关于下列四幅图的说正确的是（　　）
A．图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，要想粒子获得的最大动能增大，可增加电压U
B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出通过外电阻的电流方向从b到a
C．图丙是速度选择器的示意图，带电粒子（不计重力）能够沿直线从右侧进入并匀速通过速度选择器的条件是Eq=qvB，即
D．图丁是质谱仪的结构示意图，粒子打在底片上的位置越靠近狭缝S3说明粒子的比荷越小
19．如图甲所示为回旋加速器，其工作原理图如图乙所示，回旋加速器的两个D形金属盒分别接电压为U的高频交流电源的两极，置于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盘的中心。若粒子源释放的粒子电荷量为q，质量为m，粒子从回旋加速器飞出时的最大速度为，以下判断正确的是（　　）
A．交流电源电压U越大，越大
B．磁感应强度B越大，越大
C．粒子的比荷越小，越大
D．随着粒子速度增大，在磁场中运动的周期变小
20．将平行板电容器、滑动变阻器、电源按如图所示连接。若平行板电容器内存在垂直纸面向里的匀强磁场，—电子束沿垂直于电场线与磁感线方向，从左侧入射后偏向A极板，为了使电子束沿入射方向做直线运动，可采取的方法是（　　）
A．只将变阻器滑片P向b端滑动 B．只将电子的入射速度适当增大
C．只将磁场的磁感应强度适当减小 D．只将极板间距离适当减小
21．如图，等离子体以平行两极板向右的速度v=100m/s进入两极板之间，平行极板间有磁感应强度大小为0.5T、方向垂直纸面向里的匀强磁场，两极板间的距离为10cm，两极板间等离子体的电阻r=1Ω。某同学在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极接电路中B点，沿边缘放一个圆环形电极接电路中A点后完成“旋转的液体”实验。若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场视为匀强磁场，上半部分为S极，R0=2.0Ω，闭合开关后，当液体稳定旋转时电压表（视为理想电压表）的示数恒为2.0V，则（　　）
A．玻璃皿中的电流方向由中心流向边缘
B．由上往下看，液体做顺时针旋转
C．通过R0的电流为1.5A
D．闭合开关后，R0的热功率为2W
22．如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持电流I恒定，则可以验证UH随B的变化情况，以下说法中错误的是（　　）
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，UH将变大
B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
C．在测定地球赤道上磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化
二、多选题
23．一块横截面为矩形的金属导体的宽度为，厚度为，将导体置于一磁感应强度为的匀强磁场中，磁感应强度的方向垂直于侧面，如图所示。当在导体中通以图示方向的电流时，在导体的上下表面间用电压表测得的电压为，已知自由电子的电量为，则下列判断正确的是（　　）
A．导体内自由电子只受洛伦兹力作用
B．用电压表测时，电压表的“”接线柱接下表面
C．金属导体的厚度越大，越小
D．该导体单位体积内的自由电子数为
24．如图所示为磁流体发电原理图，相互平行的金属板P、Q水平放置，其间存在磁感应强度为B的水平匀强磁场，大量正、负离子的等离子体以速度v垂直于磁场方向射入P、Q两板之间，两极板间距离为d。现将P、Q两极板与电阻R相连，不计P、Q两板间的电阻，下列说法正确的是（　　）
A．极板P的电势比极板Q的电势低
B．极板P的电势比极板Q的电势高
C．两极板间电压稳定后，极板P、Q间电压为Bdv
D．仅减小P、Q两极板间的正对面积，稳定后，两极板间的电压减小
25．利用霍尔效应制作的霍尔元件，被广泛应用于测量和自动控制等领域。如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度为的匀强磁场垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流，、两侧面会形成电势差，下列说法正确的是（　　）
A．电势差仅与材料有关
B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差
C．仅增大磁感应强度时，电势差变大
D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平
26．电磁血流计是用来监测通过动脉的血流速度的仪器。它由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。则达到平衡时（　　）
A．电极a的电势比电极b的电势高
B．电极a的电势比电极b的电势低
C．电压表的示数U与血液的流速成正比
D．电压表的示数U与血液中正负离子的电荷量成正比
27．用如图所示的回旋加速器来加速质子，为了使质子获得的最大动能增加为原来的4倍，可采用下列哪种方法（　　）
A．将其磁感应强度增大为原来的2倍
B．将两D形金属盒间的加速电压增大为原来的4倍
C．将D形金属盒的半径增大为原来的2倍
D．将两D形金属盒间加速电压的频率增大为原来的2倍
28．自行车速度计可以利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率。如图甲所示，一块磁铁安装在前轮上，轮子每转一圈，磁铁就靠近传感器一次，传感器就会输出一个脉冲电压。如图乙所示，电源输出电压为U1，当磁场靠近霍尔元件时，在导体前后表面间出现电势差U2（前表面的电势低于后表面的电势）。下列说法中正确的是（　　）
A．图乙中霍尔元件的载流子带正电
B．已知自行车车轮的半径，再根据单位时间内的脉冲数，即获得车速大小
C．若传感器的电源输出电压U1变大，则霍尔电势差U2变大
D．若自行车的车速越大，则霍尔电势差U2越大
29．如图所示为一种质谱仪示意图，其由加速电场、静电分析器和磁分析器组成，若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E。磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外。一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点。不计粒子重力。下列说法正确的是（　　）
A．粒子一定带正电
B．加速电场的电压
C．PQ间距离为
D．若一群离子从静止开始经上述过程都落在胶片上同一点，则该群离子一定具有相同的质量
30．如图甲所示，回旋加速器利用高频交流电源使粒子每隔一定的时间加速一次，经过多次加速粒子可以达到很大的速度。如图乙所示，在D形盒的圆心S处有一正离子源，它发出的正离子经盒缝电压加速后，进入D形盒中，在磁场力的作用下运动半周，再经盒缝电压加速，如此周而复始，最后到达D形盒的边缘，获得最大速度，由导出装置导出。已知正离子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小为U，磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R。每次加速的时间很短，可以忽略不计。若正离子从离子源出发时的初速度为零，则（　　）
A．正离子在磁场中运动的周期为
B．加速电场的周期在不断改变
C．正离子能够获得的最大动能为
D．整个过程中正离子被加速的次数为
参考答案
1．B
【详解】
A．伽利略用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快，故A错误；
B．密立根通过油滴实验精确测定了元电荷的电荷量，故B正确；
C．开普勒提出行星运动三大定律，故C错误；
D．劳伦兹发明了回旋加速器能在实验室中产生大量的高能粒子，故D错误；
故选B。
2．A
【详解】
A．安培提出了分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流，选项A正确；
B．奥斯特最先发现电流周围存在磁场，选项B错误；
C．法拉第在奥斯特的启发下，研究了磁场与电流的关系，最终通过十年的努力终于发现了电磁感应现象，选项C错误；
D．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，在磁场中洛伦兹力并不做功，离子是从电场中获得能量，选项D错误。
故选A。
3．B
【详解】
最终正负电荷在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，有
qvB=q
则
v=
流量
q=vS=
故选B。
4．B
【详解】
A．小球沿水平方向做直线运动，三力平衡。均在竖直方向上，小球带负电，所受电场力向上，洛伦兹力向下，重力向下，当入射小球速度增大时，洛伦兹力增大，小球将向下偏转，电场力与重力的合力做负功，洛伦兹力不做功。根据动能定理可知，小球动能减小。故A正确，与题意不符；
B．根据A项分析可知，电场力做负功，小球电势能增加，故B错误，与符合题意相符；
C．根据A项分析可知，重力做正功，小球重力势能减少。故C正确，与题意不符；
D．根据A项分析可知，除重力外，电场力做负功，洛伦兹力不做功。故小球机械能减少。故D正确，与题意不符。
故选B。
5．C
【详解】
A．由于洛伦兹力与速度垂直，故不做功，故带电粒子不能从磁场获得能量，故A错误；
BCD．由
解得
则最大动能
可知最大动能与加速器的半径、磁感线强度以及电荷的电量和质量有关，与加速电压无关；增大匀强电场，粒子射出时速度不变；增大匀强磁场，粒子射出时速度越大；故C正确，BD错误；
故选C。
6．B
【解析】
海水中的电荷受到电场力和洛伦兹力平衡，有：，解得，故B正确，ACD错误；
故选B．
7．B
【详解】
A．根据左手定则知，正电荷向下偏，负电荷向上偏，则A板带负电．故A错误；
B．因为B板带正电，A板带负电，所以电流的流向为b经用电器流向a．故B正确；
C．因为B板带正电，A板带负电，所以金属板间的电场方向向上．故C错误；
D．等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受电场力．故D错误。
故选B。
8．D
【详解】
ABD．当带电粒子能从左向右做匀速直线运动穿出速度选择器，电场力和洛伦兹力方向相反，大小相等，即
Eq＝qvB
解得
该速度与粒子的质量和带电荷量无关，AB错误，D正确；
C．当粒子从右向左运动时，电场力和洛伦兹力的方向相同，粒子不可能沿直线穿过，C错误。
故选D。
9．C
【详解】
根据左手定则，等离子体中正电荷受到的洛伦兹力向下，负电荷受到的洛伦兹力向上，故上板为负极，下板为正极。稳定时，电荷受到的洛伦兹力和电场力大小相等，即
电动势
根据电阻定律，等离子体的电阻
电流
故C正确，ABD错误。
故选C。
10．B
【详解】
只有加速器所加交流电源的周期与粒子在磁场中运动的周期相同时，粒子才能一直被加速，根据周期公式
结合氚核和粒子，可知，加速氚核的交流电源的周期较大，而在回旋加速器工作时，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由
得
带电粒子射出时的动能
知粒子获得的最大动能较大，氚核获得的最大动能较小。B正确。
故选B。
11．C
【详解】
A．该粒子在C中的磁场中向右偏转，根据左手定则可知，粒子一定带正电，选项A错误；
B．粒子做B区域做直线运动，则电场力等于洛伦兹力，洛伦兹力向右，则电场力向左，可知电场方向向左，选项B错误；
C．增大U1则粒子进入B区域的速度增加，若相应减小B1，则洛伦兹力与电场力仍可能相等，即粒子可能仍然沿直线通过B，选项C正确；
D．增大U1，粒子进入B区域的速度增加，并相应改变B1，使粒子仍然沿直线通过B，则粒子进入C中的速度也增加，根据
可知在C中的半径变大，选项D错误。
故选C。
12．B
【详解】
A．粒子在磁场B2中向下偏转，由左手定则可知，粒子应带正电，A错误；
B．粒子在速度选择器中受到的洛伦兹力向上，受到的电场力应向下，故极板带正电，B正确；
CD．在磁场B2中由洛伦兹力作为向心力可得
解得
速度v、磁感应强度B相同的情况下，运动半径越大的粒子，比荷越小，CD错误。
故选B。
13．D
【详解】
A．等离子体通过管道时，在洛伦兹力作用下，正负离子分别偏向右、左两壁，由此产生的电动势等效于金属棒切割磁感线产生的电动势，其值为
E=Bav
选项A正确，不符合题意；
B．电源的效率为
若增大负载电阻的阻值，电源的效率一定增大，选项B正确，不符合题意；
C．闭合开关后，流过负载R的电流为
选项C正确，不符合题意；
D．令气流进出管时的压强分别为p1、p2，则气流进出管时压力做功的功率分别为p1Sv和p2Sv，其功率损失为
p1Sv-p2Sv=△pSv
由能量守恒，此损失的功率完全转化为回路的电功率，即
将S=ha，代入上式中得
选项D错误，符合题意。
故选D。
14．C
【详解】
A．由左手定则可知，带正电的粒子向下偏，带负电的粒子向上偏，则M点的电势低于N点的电势，选项A错误；
BC．当平衡时满足
解得排放废液的流速为
排放废液的流量为
选项B错误，C正确。
D．M、N间的电势差与废液中正、负离子的浓度无关，选项D错误。
故选C。
15．A
【详解】
粒子进入速度选择器后，受力平衡
进入磁场后，由洛伦兹力提供向心力
联立可得
由上可知，与成正比。故选A。
16．C
【详解】
A．金属材料中定向移动的是自由电子，自由电子定向移动的方向与电流方向相反，由左手定则判断可知，电子聚集在上表面，上表面的电势低， 故A错误；
BC．当电子受到的电场力和洛伦兹力平衡时，霍尔电压也趋于稳定，可得
解得
将电流代入，可得
仅增大霍尔元件的宽度c，上、下表面的电势差变小；仅增大霍尔元件的厚度b，上、下表面的电势差不变，故B错误，C正确；
D．根据判断可知，其他条件一定时，霍尔电压越小，该处的磁感应强度越小，故D错误。
故选C。
17．D
【详解】
A．首先对等离子体进行动态分析：开始时由左手定则判断正离子所受洛伦兹力方向向上（负离子所受洛伦兹力方向向下），则正离子向上板聚集，负离子则向下板聚集，两板间产生了电势差，即金属板变为一电源，且上板为正极下板为负极，所以通过用电器的电流方向从A到B，故A错误；
BCD．后的正离子除受到向上的洛伦兹力f外还受到向下的电场力F，最终两力达到平衡，即最终等离子体将匀速通过磁场区域，则有
解得
U=Bdv
故BC错误，D正确。
故选D。
18．B
【详解】
A．甲图中，根据
可知
粒子获得的最大动能为
所以要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的半径R和增大磁感应强度B，增加电压U不能增大最大初动能，故A错误；
B．乙图中根据左手定则，正电荷向下偏转，所以极板带正电，为发电机的正极，极板是发电机的负极，通过外电阻的电流方向从b到a，故B正确；
C．丙图中，假如带正电的粒子从右向左运动通过复合场时，电场力竖直向下，根据左手定则，洛伦兹力方向也向下，所以不可能沿直线通过复合场，故C错误；
D．由
可得
粒子打在底片上的位置越靠近狭缝S3，则越小，说明比荷越大，故D错误。
故选B。
19．B
【详解】
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力
及粒子最大偏转半径为R，得带电粒子获得的最大速度为
最大速度与U无关，磁感应强度B越大，越大，粒子的比荷越小，越小，随着粒子速度增大，在磁场中运动的周期
不变，故B正确ACD错误。
故选B。
20．B
【详解】
根据电路图可知：A板带正电，B板带负电，所以电子束受到电场力的方向向上，大小为
洛伦兹力方向向下，大小为
F′=Bev
电子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力，要使电子束沿射入方向做直线运动，则要电场力等于洛伦兹力，所以要减小电场力，或者增大洛伦兹力即可。
A．将变阻器滑动头P向右或向左移动时，电容器两端电压不变，电场力不变，故A错误；
B．只将电子的入射速度适当增大，受到的洛伦兹力增大，满足要求，故B正确；
C．只将磁场的磁感应强度适当减小，电子受到的洛伦兹力更小，不满足要求，故C错误；
D．将极板间距离适当减小时，F电增大，不满足要求，故D错误；
故选B。
21．D
【详解】
AB．由左手定则可知，正离子向上偏，所以上极板带正电，下极板带负电，所以由于中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极，在电源外部电流由正极流向负极，因此电流由边缘流向中心，玻璃皿所在处的磁场竖直向上，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转，故AB错误；
CD．当电场力与洛伦兹力相等时，两极板间的电压不变，则有
解得
U=Bdv=5V
由闭合电路欧姆定律有
U-UV=I（r+R0）
解得：I=1A，R0的热功率
PR0=I2R0=12×2W=2W
故C错误，D正确。
故选D。
22．C
【详解】
设M、N两侧的宽度为l，当运动的电荷受到的电场力与洛伦兹力相等时不再发生偏转，满足
整理得
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，UH将变大，A正确，不符合题意；
B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平，使竖直的地磁场垂直于工作面，B正确，不符合题意；
C．在测定地球赤道上磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持竖直，使水平的磁场垂直于工作面，C错误，符合题意；
D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，垂直于工作面的磁场分量发生变化，UH将发生变化，D正确，不符合题意。
故选C。
23．BD
【详解】
A．定向移动的电子受到洛伦兹力发生偏转，在上下表面间形成电势差，最终电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，故A错误；
B．由图，磁场方向向里，电流方向向右，则电子向左移动，根据左手定则，电子向上表面偏转，则上表面得到电子带负电，那么下表面带上正电，所以电压表的“+”接线柱接下表面，故B正确；
CD．根据
再由
I=neSv=nebdv
得
则与金属导体的厚度无关；
导体单位体积内的自由电子数为
故C错误，D正确；
故选BD。
24．BC
【详解】
AB．由左手定则可知，正离子偏向P板，负离子偏向Q板，则极板P的电势比极板Q的电势高，A错误，B正确；
C．两极板间电压稳定后，则
即极板P、Q间电压为
U=Bdv
C正确；
D．由上述分析可知，稳定后两板间的电压与两板正对面积无关，D错误。
故选BC。
25．BC
【详解】
AC．由题意可知，、间存在电势差，则、之间就存在电场，载流子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，设霍尔元件的长、宽、高分别为、、，有
则
可知不仅与材料有关，还与磁感应强度、电流、高度有关，故A错误，C正确；
B．根据左手定则，电子向侧面偏转，表面带负电，表面带正电，所以表面的电势高，则，B正确；
D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，应将元件的工作面保持竖直，磁场垂直通过，故D错误。
故选BC。
26．AC
【详解】
AB．根据左手定则，知正电荷向电极a端偏转，负电荷向电极b端偏转，所以电极a的电势高于电极b的电势。故A正确，B错误。
CD．最终电荷在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，有：
得
U=vdB
电压表的示数与电荷的电荷量无关，与流速成正比。故C正确，D错误。
故选AC。
27．AC
【详解】
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，有
则粒子获得的速度
当带电粒子q、m一定的，vm与磁场的磁感应强度B、D形金属盒的半径R成正比，与加速电场的电压无关，与加速电压的频率无关；
为了使质子获得的速度增加为原来的2倍，将其磁感应强度增大为原来的2倍，或将D形金属盒的半径增大为原来的2倍，选项AC正确，BD错误；
故选AC。
28．BC
【详解】
A．霍尔元件的电流I是由负电荷定向运动形成的，选项A错误；
B．根据单位时间内的脉冲数，可求得车轮转动周期，从而求得车轮的角速度，最后由线速度公式，结合车轮半径，即可求解车轮的速度大小，选项B正确；
D．根据得
由电流的微观定义式I=neSv，n是单位体积内的电子数，e是单个导电粒子所带的电量，S是导体的横截面积，v是导电粒子运动的速度，整理得
联立解得
可知用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度，保持电流不变，霍尔电压UH与车速大小无关，选项D错误；
C．由公式，若传感器的电源输出电压U1变大，那么电流I变大，则霍尔电势差U2将变大，选项C正确。
故选BC。
29．AC
【详解】
A．粒子由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点，即粒子在向外的磁场中受洛伦兹力向左偏转，由左手定则可知，粒子带正电，选项A正确；
B．在静电分析器中，根据电场力提供向心力，有
在加速电场中，有
联立得
选项B错误；
C．在磁分析器中，根据洛伦兹力提供向心力，有
选项C正确；
D．若一群粒子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点，说明圆周运动的直径相同，由于磁场、电场、静电分析器的半径都不变，则该群粒子具有相同的比荷，选项D错误。
故选AC。
30．ACD
【详解】
A．要使正离子每次经过盒缝都被加速，加速电场的周期应等于正离子做圆周运动的周期，正离子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，有
又
解得
选项A正确；
B．加速电场的周期与正离子在磁场中运动的周期是相等的，不变化，B错误；
C．当正离子从D形盒边缘离开时速度最大，此时正离子做圆周运动的半径等于D形盒的半径，有
解得
正离子获得的最大动能为
选项C正确；
D．设正离子能被加速n次，根据动能定理可得
解得
选项D正确。
故选ACD。