2026届高三物理一轮复习-同步分层精练（四十八） 复合场在现代科技中的应用（有解析）
文档属性
| 名称 | 2026届高三物理一轮复习-同步分层精练（四十八） 复合场在现代科技中的应用（有解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 183.6KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-06-13 23:34:18 | ||
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文档简介
同步分层精练（四十八） 复合场在现代科技中的应用
1.如图所示,一束质量、速度和电荷量不全相等的离子,经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后,进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B两束,下列说法正确的是 ( )
A.组成A束和B束的离子都带负电
B.组成A束和B束的离子质量一定不同
C.A束离子的比荷大于B束离子的比荷
D.速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外
2.质谱仪是分析同位素的重要工具,其原理如图所示。氖元素的两种同位素粒子a、b质量不同、电荷量相同。a、b两种粒子从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场,其初速度可视为0,然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场。a、b两种粒子分别打到照相底片D上的M和N处,关于a、b两种粒子在磁场中的运动,下列说法正确的是 ( )
A.两种粒子的动能不相同
B.a粒子的速度大于b粒子的速度
C.a粒子受到的洛伦兹力大于b粒子受到的洛伦兹力
D.a粒子的运动时间大于b粒子的运动时间
3.(多选)电动自行车已成为大家出行的便捷交通工具。某型号电动自行车使用磁铁和霍尔元件来改变车速。当转动转把时,施加在霍尔元件上的磁场的磁感应强度B大小发生变化,霍尔元件产生的电压(霍尔电压)U大小就随之变化,从而改变车速。如图所示,该霍尔元件是一块厚度为h,宽度为d的矩形截面半导体,元件内的导电粒子是自由电子。霍尔元件处于垂直于前表面、方向向里的匀强磁场中,通入方向向右的恒定电流I。下列说法正确的是 ( )
A.霍尔元件上表面的电势低于下表面的电势
B.增大磁感应强度B时,霍尔电压U减小
C.霍尔电压U与磁感应强度B成正比
D.霍尔电压U与厚度h无关
4.某小型医用回旋加速器,最大回旋半径为0.5 m,磁感应强度大小为1.12 T,质子加速后获得的最大动能为1.5×107 eV。根据给出的数据,可计算质子经该回旋加速器加速后的最大速率约为(忽略相对论效应,1 eV=1.6×10-19 J) ( )
A.3.6×106 m/s
B.1.2×107 m/s
C.5.4×107 m/s
D.2.4×108 m/s
5.如图为某种回旋加速器的示意图,其中两盒狭缝(实线A、C)间有加速电场,电场强度大小恒定,且被限制在A、C板间,虚线之间无电场。带电粒子从P处以速度v0沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动,P1、P2、P3依次为粒子运动半周到达虚线的位置,下列说法正确的是 ( )
A.带电粒子每运动一周被加速一次
B.加速电场方向需要做周期性的变化
C.带电粒子被加速后的最大速度与D形盒半径无关
D.图中P1P2等于P2P3
6.(2024·湖北高考)(多选)磁流体发电机的原理如图所示,MN和PQ是两平行金属极板,匀强磁场垂直于纸面向里。等离子体(即高温下电离的气体,含有大量正、负带电粒子)从左侧以某一速度平行于极板喷入磁场,极板间便产生电压。下列说法正确的是 ( )
A.极板MN是发电机的正极
B.仅增大两极板间的距离,极板间的电压减小
C.仅增大等离子体的喷入速率,极板间的电压增大
D.仅增大喷入等离子体的正、负带电粒子数密度,极板间的电压增大
7.(2025·绵阳模拟)如图所示,是一种由加速电场、静电分析器、磁分析器构成的质谱仪的原理图。静电分析器通道内有均匀的、大小方向可调节的辐向电场,通道圆弧中心线半径为R,中心线处的电场强度大小都为E;半圆形磁分析器中分布着方向垂直于纸面、磁感应强度大小为B的匀强磁场。要让质量为m、电荷量为+q的带正电粒子(不计重力),由静止开始从M板经加速电场加速后,沿圆弧中心线通过静电分析器,再由P点垂直磁场边界进入磁分析器,最终打到胶片上的Q点,则 ( )
A.磁分析器中磁场方向垂直于纸面向里
B.在静电分析器中粒子受辐向电场的电场力为零
C.加速电场的电压U=ER
D.P点与Q点间距离d=
8.(2025·温州模拟)鼠标滚轮是鼠标上位于左键与右键之间的部件。某一鼠标滚轮上使用了霍尔效应传感器,传感器上有一块非常小的金属板,如图所示,P、Q端与电压表相连,左右两端与电源相连。当环形磁铁旋转时,电压表就会有示数,图示时刻磁铁的N、S极分别在竖直面的下、上两端。则 ( )
A.图示时刻左端积累了负电荷
B.图示时刻P端积累了负电荷
C.图示时刻金属板中电子恰好不受磁场力的作用
D.磁铁的旋转不会对金属板中电子运动产生影响
9.我国科研人员采用全新发电方式——“爆炸发电”,以满足高耗能武器的连续发射需求。其原理如图所示,爆炸将惰性气体转化为高速等离子体,射入磁流体动力学发生器,发生器的前后有两强磁极N和S,使得上下两金属电极之间产生足够高电压,下列说法正确的是 ( )
A.上极板电势比下极板电势低
B.仅使L增大,两金属电极间的电动势会变大
C.仅使d增大,两金属电极间的电动势会变大
D.仅使b增大,两金属电极间的电动势会变大
10.(2023·浙江1月选考)某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示,通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场B=k1I,通有待测电流I'的直导线ab垂直穿过螺绕环中心,在霍尔元件处产生的磁场B'=k2I'。调节电阻R,当电流表示数为I0时,元件输出霍尔电压UH为零,则待测电流I'的方向和大小分别为 ( )
A.a→b,I0 B.a→b,I0
C.b→a,I0 D.b→a,I0
同步分层精练（四十八） 复合场在现代科技中的应用
1.如图所示,一束质量、速度和电荷量不全相等的离子,经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后,进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B两束,下列说法正确的是 ( )
A.组成A束和B束的离子都带负电
B.组成A束和B束的离子质量一定不同
C.A束离子的比荷大于B束离子的比荷
D.速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外
解析:选C 由左手定则结合带电粒子在磁场中偏转的方向知,A、B束离子均带正电,故A错误;A、B束离子的速度相同,而A束离子在磁场中的偏转半径较小,由r=知,A束离子的比荷大于B束离子的比荷,而它们的电荷量关系未知,则无法判断离子质量关系,故B错误,C正确;速度选择器中A、B两束离子所受电场力向右,所以所受洛伦兹力应向左,结合左手定则可判断磁场方向垂直于纸面向里,故D错误。
2.质谱仪是分析同位素的重要工具,其原理如图所示。氖元素的两种同位素粒子a、b质量不同、电荷量相同。a、b两种粒子从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场,其初速度可视为0,然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场。a、b两种粒子分别打到照相底片D上的M和N处,关于a、b两种粒子在磁场中的运动,下列说法正确的是 ( )
A.两种粒子的动能不相同
B.a粒子的速度大于b粒子的速度
C.a粒子受到的洛伦兹力大于b粒子受到的洛伦兹力
D.a粒子的运动时间大于b粒子的运动时间
解析:选D 设两粒子的电荷量为q,粒子在电场中加速有Uq=Ek,两粒子电荷量相同,动能相同,A错误;粒子在电场中加速有Uq=mv2,解得v=,在磁场中偏转有qvB=m,解得r=,a、b两种粒子分别做圆周运动打到照相底片D上的M和N处,a粒子做圆周运动的半径大于b粒子做圆周运动的半径,所以两粒子质量关系ma>mb,由v=可知vamb,则ta>tb,D正确。
3.(多选)电动自行车已成为大家出行的便捷交通工具。某型号电动自行车使用磁铁和霍尔元件来改变车速。当转动转把时,施加在霍尔元件上的磁场的磁感应强度B大小发生变化,霍尔元件产生的电压(霍尔电压)U大小就随之变化,从而改变车速。如图所示,该霍尔元件是一块厚度为h,宽度为d的矩形截面半导体,元件内的导电粒子是自由电子。霍尔元件处于垂直于前表面、方向向里的匀强磁场中,通入方向向右的恒定电流I。下列说法正确的是 ( )
A.霍尔元件上表面的电势低于下表面的电势
B.增大磁感应强度B时,霍尔电压U减小
C.霍尔电压U与磁感应强度B成正比
D.霍尔电压U与厚度h无关
解析:选ACD 电子运动方向向左,根据左手定则,电子受到向上的洛伦兹力,则上表面带负电,霍尔元件上表面的电势低于下表面的电势,A正确;根据evB=e得U=vhB, 增大磁感应强度B时,霍尔电压U增大,霍尔电压U与磁感应强度B成正比,B错误,C正确;由I=nehdv,联立解得U=,则霍尔电压U与厚度h无关,D正确。
4.某小型医用回旋加速器,最大回旋半径为0.5 m,磁感应强度大小为1.12 T,质子加速后获得的最大动能为1.5×107 eV。根据给出的数据,可计算质子经该回旋加速器加速后的最大速率约为(忽略相对论效应,1 eV=1.6×10-19 J) ( )
A.3.6×106 m/s
B.1.2×107 m/s
C.5.4×107 m/s
D.2.4×108 m/s
解析:选C 由洛伦兹力提供向心力得qvB=m,质子加速后获得的最大动能为Ek=mv2,解得最大速率为v≈5.4×107 m/s,故选C。
5.如图为某种回旋加速器的示意图,其中两盒狭缝(实线A、C)间有加速电场,电场强度大小恒定,且被限制在A、C板间,虚线之间无电场。带电粒子从P处以速度v0沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动,P1、P2、P3依次为粒子运动半周到达虚线的位置,下列说法正确的是 ( )
A.带电粒子每运动一周被加速一次
B.加速电场方向需要做周期性的变化
C.带电粒子被加速后的最大速度与D形盒半径无关
D.图中P1P2等于P2P3
解析:选A 根据题意可知,只在A、C板间有加速电场,所以带电粒子每运动一周被加速一次,故A正确;带电粒子只有经过A、C板间时才被加速,即带电粒子每运动一周被加速一次,粒子在A、C板间加速,电场的方向没有改变,故加速电场方向不需要做周期性的变化,故B错误;依题意,带电粒子是通过磁场的一次次偏转来实现加速的,当粒子从D形盒中出来时,速度最大,根据qvB=m,解得v=,则带电粒子被加速后的最大速度与D形盒半径有关,D形盒半径越大,出射速度越大,故C错误;依题意,根据几何关系可得P1P2=2=,因为每运动一周被加速一次,根据-=2ad,可知每运动一周,速度的变化量不等,且v3-v26.(2024·湖北高考)(多选)磁流体发电机的原理如图所示,MN和PQ是两平行金属极板,匀强磁场垂直于纸面向里。等离子体(即高温下电离的气体,含有大量正、负带电粒子)从左侧以某一速度平行于极板喷入磁场,极板间便产生电压。下列说法正确的是 ( )
A.极板MN是发电机的正极
B.仅增大两极板间的距离,极板间的电压减小
C.仅增大等离子体的喷入速率,极板间的电压增大
D.仅增大喷入等离子体的正、负带电粒子数密度,极板间的电压增大
解析:选AC 带正电的粒子受到向上的洛伦兹力向上偏转,极板MN带正电为发电机的正极,A正确;粒子受到的洛伦兹力和电场力相互平衡时,此时设极板间距为d,极板间的电压为U,则qvB=q,可得U=Bdv,因此仅增大两极板间的距离、增大等离子体的喷入速率,极板间的电压U均增大,其大小和等离子体的正、负带电粒子数密度无关,B、D错误,C正确。
7.(2025·绵阳模拟)如图所示,是一种由加速电场、静电分析器、磁分析器构成的质谱仪的原理图。静电分析器通道内有均匀的、大小方向可调节的辐向电场,通道圆弧中心线半径为R,中心线处的电场强度大小都为E;半圆形磁分析器中分布着方向垂直于纸面、磁感应强度大小为B的匀强磁场。要让质量为m、电荷量为+q的带正电粒子(不计重力),由静止开始从M板经加速电场加速后,沿圆弧中心线通过静电分析器,再由P点垂直磁场边界进入磁分析器,最终打到胶片上的Q点,则 ( )
A.磁分析器中磁场方向垂直于纸面向里
B.在静电分析器中粒子受辐向电场的电场力为零
C.加速电场的电压U=ER
D.P点与Q点间距离d=
解析:选D 粒子带正电,在磁分析器中由洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动且打在Q点,由左手定则可知,磁分析器中磁场方向垂直于纸面向外,A错误;带电粒子在静电分析器中做匀速圆周运动,由粒子受辐向电场的电场力提供向心力,因此在静电分析器中粒子受辐向电场的电场力不为零,B错误;设粒子在静电分析器中的速度大小为v,由粒子受辐向电场的电场力提供向心力,由牛顿第二定律可得qE=m,解得v2=,粒子在加速电场中,设加速电压为U,由动能定理可得Uq=mv2,解得U=ER,C错误;粒子在磁分析器中,由洛伦兹力提供向心力,设运动的半径为r,可得qvB=m,解得r== ,可知P点与Q点间距离d=2r= ,D正确。
8.(2025·温州模拟)鼠标滚轮是鼠标上位于左键与右键之间的部件。某一鼠标滚轮上使用了霍尔效应传感器,传感器上有一块非常小的金属板,如图所示,P、Q端与电压表相连,左右两端与电源相连。当环形磁铁旋转时,电压表就会有示数,图示时刻磁铁的N、S极分别在竖直面的下、上两端。则 ( )
A.图示时刻左端积累了负电荷
B.图示时刻P端积累了负电荷
C.图示时刻金属板中电子恰好不受磁场力的作用
D.磁铁的旋转不会对金属板中电子运动产生影响
解析:选B 题图示时刻电流方向向右,则金属板所在位置磁场方向向上,由于电子向左运动,根据左手定则可知,电子受到的洛伦兹力指向P端,即电子积累在P端,故A、C错误,B正确;磁铁旋转过程中,金属板所在位置垂直于金属板方向的磁感应强度发生变化,可知,磁铁的旋转会对金属板中电子运动产生影响,故D错误。
9.我国科研人员采用全新发电方式——“爆炸发电”,以满足高耗能武器的连续发射需求。其原理如图所示,爆炸将惰性气体转化为高速等离子体,射入磁流体动力学发生器,发生器的前后有两强磁极N和S,使得上下两金属电极之间产生足够高电压,下列说法正确的是 ( )
A.上极板电势比下极板电势低
B.仅使L增大,两金属电极间的电动势会变大
C.仅使d增大,两金属电极间的电动势会变大
D.仅使b增大,两金属电极间的电动势会变大
解析:选C 根据题意,由左手定则可知,正离子受向上的洛伦兹力向上偏转,负离子受向下的洛伦兹力向下偏转,则上极板电势比下极板电势高,故A错误;根据题意可知,当上下两金属电极之间产生足够高电压时,有q=qvB,解得U=Bdv,可知,两金属电极间的电动势与L和b无关,与d有关,且仅使d增大,两金属电极间的电动势会变大,故B、D错误,C正确。
10.(2023·浙江1月选考)某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示,通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场B=k1I,通有待测电流I'的直导线ab垂直穿过螺绕环中心,在霍尔元件处产生的磁场B'=k2I'。调节电阻R,当电流表示数为I0时,元件输出霍尔电压UH为零,则待测电流I'的方向和大小分别为 ( )
A.a→b,I0 B.a→b,I0
C.b→a,I0 D.b→a,I0
解析:选D 根据安培定则可判断螺绕环在霍尔元件处产生的磁场B方向竖直向下,大小为B=k1I0,当直导线ab在霍尔元件处产生的磁场B'方向竖直向上,且大小B'=k2I'=k1I0时,霍尔元件处合磁场为零,霍尔电压UH=0,则I'=I0,由安培定则可得电流方向由b→a,故D正确,A、B、C错误。
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1.如图所示,一束质量、速度和电荷量不全相等的离子,经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后,进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B两束,下列说法正确的是 ( )
A.组成A束和B束的离子都带负电
B.组成A束和B束的离子质量一定不同
C.A束离子的比荷大于B束离子的比荷
D.速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外
2.质谱仪是分析同位素的重要工具,其原理如图所示。氖元素的两种同位素粒子a、b质量不同、电荷量相同。a、b两种粒子从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场,其初速度可视为0,然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场。a、b两种粒子分别打到照相底片D上的M和N处,关于a、b两种粒子在磁场中的运动,下列说法正确的是 ( )
A.两种粒子的动能不相同
B.a粒子的速度大于b粒子的速度
C.a粒子受到的洛伦兹力大于b粒子受到的洛伦兹力
D.a粒子的运动时间大于b粒子的运动时间
3.(多选)电动自行车已成为大家出行的便捷交通工具。某型号电动自行车使用磁铁和霍尔元件来改变车速。当转动转把时,施加在霍尔元件上的磁场的磁感应强度B大小发生变化,霍尔元件产生的电压(霍尔电压)U大小就随之变化,从而改变车速。如图所示,该霍尔元件是一块厚度为h,宽度为d的矩形截面半导体,元件内的导电粒子是自由电子。霍尔元件处于垂直于前表面、方向向里的匀强磁场中,通入方向向右的恒定电流I。下列说法正确的是 ( )
A.霍尔元件上表面的电势低于下表面的电势
B.增大磁感应强度B时,霍尔电压U减小
C.霍尔电压U与磁感应强度B成正比
D.霍尔电压U与厚度h无关
4.某小型医用回旋加速器,最大回旋半径为0.5 m,磁感应强度大小为1.12 T,质子加速后获得的最大动能为1.5×107 eV。根据给出的数据,可计算质子经该回旋加速器加速后的最大速率约为(忽略相对论效应,1 eV=1.6×10-19 J) ( )
A.3.6×106 m/s
B.1.2×107 m/s
C.5.4×107 m/s
D.2.4×108 m/s
5.如图为某种回旋加速器的示意图,其中两盒狭缝(实线A、C)间有加速电场,电场强度大小恒定,且被限制在A、C板间,虚线之间无电场。带电粒子从P处以速度v0沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动,P1、P2、P3依次为粒子运动半周到达虚线的位置,下列说法正确的是 ( )
A.带电粒子每运动一周被加速一次
B.加速电场方向需要做周期性的变化
C.带电粒子被加速后的最大速度与D形盒半径无关
D.图中P1P2等于P2P3
6.(2024·湖北高考)(多选)磁流体发电机的原理如图所示,MN和PQ是两平行金属极板,匀强磁场垂直于纸面向里。等离子体(即高温下电离的气体,含有大量正、负带电粒子)从左侧以某一速度平行于极板喷入磁场,极板间便产生电压。下列说法正确的是 ( )
A.极板MN是发电机的正极
B.仅增大两极板间的距离,极板间的电压减小
C.仅增大等离子体的喷入速率,极板间的电压增大
D.仅增大喷入等离子体的正、负带电粒子数密度,极板间的电压增大
7.(2025·绵阳模拟)如图所示,是一种由加速电场、静电分析器、磁分析器构成的质谱仪的原理图。静电分析器通道内有均匀的、大小方向可调节的辐向电场,通道圆弧中心线半径为R,中心线处的电场强度大小都为E;半圆形磁分析器中分布着方向垂直于纸面、磁感应强度大小为B的匀强磁场。要让质量为m、电荷量为+q的带正电粒子(不计重力),由静止开始从M板经加速电场加速后,沿圆弧中心线通过静电分析器,再由P点垂直磁场边界进入磁分析器,最终打到胶片上的Q点,则 ( )
A.磁分析器中磁场方向垂直于纸面向里
B.在静电分析器中粒子受辐向电场的电场力为零
C.加速电场的电压U=ER
D.P点与Q点间距离d=
8.(2025·温州模拟)鼠标滚轮是鼠标上位于左键与右键之间的部件。某一鼠标滚轮上使用了霍尔效应传感器,传感器上有一块非常小的金属板,如图所示,P、Q端与电压表相连,左右两端与电源相连。当环形磁铁旋转时,电压表就会有示数,图示时刻磁铁的N、S极分别在竖直面的下、上两端。则 ( )
A.图示时刻左端积累了负电荷
B.图示时刻P端积累了负电荷
C.图示时刻金属板中电子恰好不受磁场力的作用
D.磁铁的旋转不会对金属板中电子运动产生影响
9.我国科研人员采用全新发电方式——“爆炸发电”,以满足高耗能武器的连续发射需求。其原理如图所示,爆炸将惰性气体转化为高速等离子体,射入磁流体动力学发生器,发生器的前后有两强磁极N和S,使得上下两金属电极之间产生足够高电压,下列说法正确的是 ( )
A.上极板电势比下极板电势低
B.仅使L增大,两金属电极间的电动势会变大
C.仅使d增大,两金属电极间的电动势会变大
D.仅使b增大,两金属电极间的电动势会变大
10.(2023·浙江1月选考)某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示,通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场B=k1I,通有待测电流I'的直导线ab垂直穿过螺绕环中心,在霍尔元件处产生的磁场B'=k2I'。调节电阻R,当电流表示数为I0时,元件输出霍尔电压UH为零,则待测电流I'的方向和大小分别为 ( )
A.a→b,I0 B.a→b,I0
C.b→a,I0 D.b→a,I0
同步分层精练（四十八） 复合场在现代科技中的应用
1.如图所示,一束质量、速度和电荷量不全相等的离子,经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后,进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B两束,下列说法正确的是 ( )
A.组成A束和B束的离子都带负电
B.组成A束和B束的离子质量一定不同
C.A束离子的比荷大于B束离子的比荷
D.速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外
解析:选C 由左手定则结合带电粒子在磁场中偏转的方向知,A、B束离子均带正电,故A错误;A、B束离子的速度相同,而A束离子在磁场中的偏转半径较小,由r=知,A束离子的比荷大于B束离子的比荷,而它们的电荷量关系未知,则无法判断离子质量关系,故B错误,C正确;速度选择器中A、B两束离子所受电场力向右,所以所受洛伦兹力应向左,结合左手定则可判断磁场方向垂直于纸面向里,故D错误。
2.质谱仪是分析同位素的重要工具,其原理如图所示。氖元素的两种同位素粒子a、b质量不同、电荷量相同。a、b两种粒子从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场,其初速度可视为0,然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场。a、b两种粒子分别打到照相底片D上的M和N处,关于a、b两种粒子在磁场中的运动,下列说法正确的是 ( )
A.两种粒子的动能不相同
B.a粒子的速度大于b粒子的速度
C.a粒子受到的洛伦兹力大于b粒子受到的洛伦兹力
D.a粒子的运动时间大于b粒子的运动时间
解析:选D 设两粒子的电荷量为q,粒子在电场中加速有Uq=Ek,两粒子电荷量相同,动能相同,A错误;粒子在电场中加速有Uq=mv2,解得v=,在磁场中偏转有qvB=m,解得r=,a、b两种粒子分别做圆周运动打到照相底片D上的M和N处,a粒子做圆周运动的半径大于b粒子做圆周运动的半径,所以两粒子质量关系ma>mb,由v=可知va
3.(多选)电动自行车已成为大家出行的便捷交通工具。某型号电动自行车使用磁铁和霍尔元件来改变车速。当转动转把时,施加在霍尔元件上的磁场的磁感应强度B大小发生变化,霍尔元件产生的电压(霍尔电压)U大小就随之变化,从而改变车速。如图所示,该霍尔元件是一块厚度为h,宽度为d的矩形截面半导体,元件内的导电粒子是自由电子。霍尔元件处于垂直于前表面、方向向里的匀强磁场中,通入方向向右的恒定电流I。下列说法正确的是 ( )
A.霍尔元件上表面的电势低于下表面的电势
B.增大磁感应强度B时,霍尔电压U减小
C.霍尔电压U与磁感应强度B成正比
D.霍尔电压U与厚度h无关
解析:选ACD 电子运动方向向左,根据左手定则,电子受到向上的洛伦兹力,则上表面带负电,霍尔元件上表面的电势低于下表面的电势,A正确;根据evB=e得U=vhB, 增大磁感应强度B时,霍尔电压U增大,霍尔电压U与磁感应强度B成正比,B错误,C正确;由I=nehdv,联立解得U=,则霍尔电压U与厚度h无关,D正确。
4.某小型医用回旋加速器,最大回旋半径为0.5 m,磁感应强度大小为1.12 T,质子加速后获得的最大动能为1.5×107 eV。根据给出的数据,可计算质子经该回旋加速器加速后的最大速率约为(忽略相对论效应,1 eV=1.6×10-19 J) ( )
A.3.6×106 m/s
B.1.2×107 m/s
C.5.4×107 m/s
D.2.4×108 m/s
解析:选C 由洛伦兹力提供向心力得qvB=m,质子加速后获得的最大动能为Ek=mv2,解得最大速率为v≈5.4×107 m/s,故选C。
5.如图为某种回旋加速器的示意图,其中两盒狭缝(实线A、C)间有加速电场,电场强度大小恒定,且被限制在A、C板间,虚线之间无电场。带电粒子从P处以速度v0沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动,P1、P2、P3依次为粒子运动半周到达虚线的位置,下列说法正确的是 ( )
A.带电粒子每运动一周被加速一次
B.加速电场方向需要做周期性的变化
C.带电粒子被加速后的最大速度与D形盒半径无关
D.图中P1P2等于P2P3
解析:选A 根据题意可知,只在A、C板间有加速电场,所以带电粒子每运动一周被加速一次,故A正确;带电粒子只有经过A、C板间时才被加速,即带电粒子每运动一周被加速一次,粒子在A、C板间加速,电场的方向没有改变,故加速电场方向不需要做周期性的变化,故B错误;依题意,带电粒子是通过磁场的一次次偏转来实现加速的,当粒子从D形盒中出来时,速度最大,根据qvB=m,解得v=,则带电粒子被加速后的最大速度与D形盒半径有关,D形盒半径越大,出射速度越大,故C错误;依题意,根据几何关系可得P1P2=2=,因为每运动一周被加速一次,根据-=2ad,可知每运动一周,速度的变化量不等,且v3-v2
A.极板MN是发电机的正极
B.仅增大两极板间的距离,极板间的电压减小
C.仅增大等离子体的喷入速率,极板间的电压增大
D.仅增大喷入等离子体的正、负带电粒子数密度,极板间的电压增大
解析:选AC 带正电的粒子受到向上的洛伦兹力向上偏转,极板MN带正电为发电机的正极,A正确;粒子受到的洛伦兹力和电场力相互平衡时,此时设极板间距为d,极板间的电压为U,则qvB=q,可得U=Bdv,因此仅增大两极板间的距离、增大等离子体的喷入速率,极板间的电压U均增大,其大小和等离子体的正、负带电粒子数密度无关,B、D错误,C正确。
7.(2025·绵阳模拟)如图所示,是一种由加速电场、静电分析器、磁分析器构成的质谱仪的原理图。静电分析器通道内有均匀的、大小方向可调节的辐向电场,通道圆弧中心线半径为R,中心线处的电场强度大小都为E;半圆形磁分析器中分布着方向垂直于纸面、磁感应强度大小为B的匀强磁场。要让质量为m、电荷量为+q的带正电粒子(不计重力),由静止开始从M板经加速电场加速后,沿圆弧中心线通过静电分析器,再由P点垂直磁场边界进入磁分析器,最终打到胶片上的Q点,则 ( )
A.磁分析器中磁场方向垂直于纸面向里
B.在静电分析器中粒子受辐向电场的电场力为零
C.加速电场的电压U=ER
D.P点与Q点间距离d=
解析:选D 粒子带正电,在磁分析器中由洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动且打在Q点,由左手定则可知,磁分析器中磁场方向垂直于纸面向外,A错误;带电粒子在静电分析器中做匀速圆周运动,由粒子受辐向电场的电场力提供向心力,因此在静电分析器中粒子受辐向电场的电场力不为零,B错误;设粒子在静电分析器中的速度大小为v,由粒子受辐向电场的电场力提供向心力,由牛顿第二定律可得qE=m,解得v2=,粒子在加速电场中,设加速电压为U,由动能定理可得Uq=mv2,解得U=ER,C错误;粒子在磁分析器中,由洛伦兹力提供向心力,设运动的半径为r,可得qvB=m,解得r== ,可知P点与Q点间距离d=2r= ,D正确。
8.(2025·温州模拟)鼠标滚轮是鼠标上位于左键与右键之间的部件。某一鼠标滚轮上使用了霍尔效应传感器,传感器上有一块非常小的金属板,如图所示,P、Q端与电压表相连,左右两端与电源相连。当环形磁铁旋转时,电压表就会有示数,图示时刻磁铁的N、S极分别在竖直面的下、上两端。则 ( )
A.图示时刻左端积累了负电荷
B.图示时刻P端积累了负电荷
C.图示时刻金属板中电子恰好不受磁场力的作用
D.磁铁的旋转不会对金属板中电子运动产生影响
解析:选B 题图示时刻电流方向向右,则金属板所在位置磁场方向向上,由于电子向左运动,根据左手定则可知,电子受到的洛伦兹力指向P端,即电子积累在P端,故A、C错误,B正确;磁铁旋转过程中,金属板所在位置垂直于金属板方向的磁感应强度发生变化,可知,磁铁的旋转会对金属板中电子运动产生影响,故D错误。
9.我国科研人员采用全新发电方式——“爆炸发电”,以满足高耗能武器的连续发射需求。其原理如图所示,爆炸将惰性气体转化为高速等离子体,射入磁流体动力学发生器,发生器的前后有两强磁极N和S,使得上下两金属电极之间产生足够高电压,下列说法正确的是 ( )
A.上极板电势比下极板电势低
B.仅使L增大,两金属电极间的电动势会变大
C.仅使d增大,两金属电极间的电动势会变大
D.仅使b增大,两金属电极间的电动势会变大
解析:选C 根据题意,由左手定则可知,正离子受向上的洛伦兹力向上偏转,负离子受向下的洛伦兹力向下偏转,则上极板电势比下极板电势高,故A错误;根据题意可知,当上下两金属电极之间产生足够高电压时,有q=qvB,解得U=Bdv,可知,两金属电极间的电动势与L和b无关,与d有关,且仅使d增大,两金属电极间的电动势会变大,故B、D错误,C正确。
10.(2023·浙江1月选考)某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示,通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场B=k1I,通有待测电流I'的直导线ab垂直穿过螺绕环中心,在霍尔元件处产生的磁场B'=k2I'。调节电阻R,当电流表示数为I0时,元件输出霍尔电压UH为零,则待测电流I'的方向和大小分别为 ( )
A.a→b,I0 B.a→b,I0
C.b→a,I0 D.b→a,I0
解析:选D 根据安培定则可判断螺绕环在霍尔元件处产生的磁场B方向竖直向下,大小为B=k1I0,当直导线ab在霍尔元件处产生的磁场B'方向竖直向上,且大小B'=k2I'=k1I0时,霍尔元件处合磁场为零,霍尔电压UH=0,则I'=I0,由安培定则可得电流方向由b→a,故D正确,A、B、C错误。
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