专题08 电磁场与现代科技（6大考点）（人教版2019）-【好题汇编】备战2024-2025学年高二物理下学期期末真题分类汇编

专题08 电磁场与现代科技 质谱仪 1．(23-24高二下·湖南郴州·期末)质谱仪是用来分析同位素的装置，如图为质谱仪的示意图，其由竖直放置的速度选择器、偏转磁场构成。由三种不同粒子组成的粒子束以某速度沿竖直向下的方向射入速度选择器，该粒子束沿直线穿过底板上的小孔O进入偏转磁场，最终三种粒子分别打在底板MN上的、、三点，已知底板MN上下两侧的匀强磁场方向均垂直纸面向外，且磁感应强度的大小分别为、，速度选择器中匀强电场电场强度的大小为E。不计粒子的重力以及它们之间的相互作用，则（　　） A．速度选择器中的电场方向向左，且三种粒子均带正电 B．三种粒子的速度大小均为 C．打在点的粒子的比荷最大，且其在磁场中的运动时间最长 D．如果三种粒子电荷量均为q，且、的间距为，则打在、两点的粒子质量差为 2．(23-24高二下·四川绵阳·期末)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、磁感应强度为B的匀强磁场。要让质量为m、电荷量为的带正电粒子（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 D．P点与Q点间距离 3．(23-24高二下·山西晋城部分高中学校联考·期末)如图，两种不同的带电粒子a、b经相同的加速电场加速后进入速度选择器（粒子在进入加速电场时的速度可忽略），a、b两种粒子在速度选择器中均沿直线运动，最终经小孔S射入匀强磁场。其中a粒子在磁场中做半径为R的圆周运动。下列说法正确的是（　　） A．a、b两种粒子可能带异种电荷 B．a、b两种粒子穿过速度选择器的时间不同 C．a、b两种粒子的比荷相同 D．b粒子在磁场中的运动半径可能比R大 4．(23-24高二下·四川成都蓉城名校·期末)质谱仪在物理研究中起着非常重要的作用。如图为质谱仪的工作原理示意图，粒子源产生的带电粒子经加速电场加速后，进入速度选择器，速度选择器内相互正交的匀强磁场的磁感应强度大小和匀强电场的电场强度大小分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片，平板S下方有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为，不计粒子重力和粒子间作用力。下列说法正确的是（　　） A．该粒子带负电 B．速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向里 C．能通过狭缝P的粒子的速率为 D．粒子打在胶片上的位置离狭缝P越远，粒子的比荷越大 5．(23-24高二下·湖南岳阳·期末)某一具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，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，两板间距离为d；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e的带电粒子（不计重力），经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动。则下列说法正确的是（    ） A．粒子带正电 B．粒子的速度v为 C．速度选择器两板间电压U2为 D．粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为 6．(23-24高二下·新疆巴音郭楞蒙古·期末)质谱仪示意图如图甲所示，一粒子束从两极板和的中心轴线水平入射，通过两极板中间区域后部分粒子能够从狭缝处射入质谱仪，最终分裂为a、b、c三束，分别运动到磁场边界的核乳胶片上，它们的运动轨迹如图所示。已知极板和中间区域同时有电场强度大小为E的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为，在狭缝右侧空间有面积不限、垂直纸面向外、磁感应强度大小为的匀强磁场。不计粒子的重力。请回答下列问题： （1）请判断粒子所带电性，并求出能够进入狭缝的粒子的速度v； （2）若沿a、b、c轨迹运动的离子带电量相同，测得它们在胶片上成像处到的距离之比为2：3：4，求它们的质量之比； （3）若缩小狭缝右侧空间匀强磁场区域，使其宽度为，下方长度为，如图乙所示。若一束电荷量为q的带电粒子从两极板中心轴线水平入射，能够从狭缝处水平射入质谱仪，且所有带电粒子均不从磁场区域的右边界射出，求带电粒子的质量m的范围。（结果用式子表示） 7．(23-24高二下·贵州毕节·期末)某学习小组用如图所示的装置分析带电粒子在电磁场中的运动。直线边界AA'的下方，以O点为圆心、半径为R的半圆形区域内无磁场，其余区域内分布有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B．离子源S放出的正离子经加速电场加速后在纸面内垂直于 AA'边界从C点进入磁场，加速电场的加速电压大小可调节，已知O、C两点间的距离为2R，离子的比荷为k，不计离子进入加速电场时的初速度，不计离子的重力和离子间的相互作用。 （1）为保证离子能进入半圆区域，求加速电压 U的取值范围； （2）若离子的运动轨迹刚好过O点，求相应的加速电压U0； （3）求能进入到半圆形区域内的离子在磁场中运动的最短时间。 回旋加速器 1．(23-24高二下·山东济宁·期末)图甲是回旋加速器的工作原理图。A处的粒子源产生的粒子（）被电场加速，粒子在磁场中的动能随时间t的变化规律如图乙所示，不计粒子在电场中的加速时间，不考虑相对论效应带来的影响，下列说法正确的是（    ） A．高频交流电的变化周期等于 B．在图像中有 C．不改变任何条件，该装置不能对氘核加速 D．设第n次加速后粒子在D形盒内运动半径为，有 2．(23-24高二下·安徽亳州·期末)2022年12月28日我国中核集团全面完成了230MeV超导回旋加速器自主研制的任务，标志着我国已全面掌握小型化超导回旋加速器的核心技术，进入国际先进行列。置于真空中的D形金属盒半径为R，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，交流加速电压大小恒为U。若用此装置对氘核（）加速，所加交变电流的频率为f。加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响，下列说法正确的是（    ） A．仅增大加速电压U，氘核（）从D型盒出口射出的动能增大 B．仅减小加速电压U，氘核（）加速次数增多 C．仅增大D形金属盒半径R，氘核（）在磁场中运动的时间不变 D．若用该加速器加速粒子需要把交变电流的频率调整为 3．(23-24高二下·安徽滁州·期末)回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其工作原理如图所示，D1和D2是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，将它们接在电压为U的高频交流电源上，一质量为m、电荷量为q的带电粒子从加速器的某处由静止开始加速。已知D形盒的半径为R，匀强磁场的磁感应强度为B，不计粒子的重力，忽略粒子在电场中的加速时间，不考虑相对论效应。下列说法正确的是（　　） A．粒子第n次被加速前、后的轨道半径之比为 B．高频交流电源的周期为 C．粒子的最大动能为 D．若只增大交变电压U，则粒子的最大动能Ek会增大 4．(23-24高二下·福建福州闽侯县闽江口协作校·期末)如图所示为一个回旋加速器的示意图，D形盒半径为R，磁感应强度为B的匀强磁场垂直D形盒底面，两盒间接交变电压U。设质子的质量为m、电荷量为q，则下列说法正确的是（　　） A．只增大半径R无法增加质子离开D形盒的速度 B．只增大磁感应强度B可以增加质子离开D形盒的速度 C．只增大交变电压U可以增加质子离开D形盒的速度 D．交变电压的变化周期为 5．(23-24高二下·浙江舟山·期末)如图所示，图甲为直线加速器，它由多个横截面积相同的金属圆筒共轴依次排列，圆筒长度按照一定的规律依次增加。被加速的带电粒子在金属圆板0中心处由静止释放，之后每次通过圆筒间隙都被加速，且加速时间可以忽略不计。图乙为回旋加速器，、为两个中空的半圆形金属盒，处于竖直向下的匀强磁场B中。被加速的带电粒子在A点由静止释放，之后每次通过D形盒间隙都会被加速，且加速时间也可以忽略不计。在粒子运动的过程中，两个加速器所接交流电源的电压大小及频率均保持不变。下列说法正确的是（    ） A．带电粒子在直线加速器的金属圆筒中做匀速直线运动 B．直线加速器中，1、2、3金属圆筒长度之比为1：2：3 C．若用回旋加速器加速不同种类的粒子，则必须改变其所接交流电源的频率 D．带电粒子通过回旋加速器后获得的最大速度与加速电压有关 6．(23-24高二下·江西新余·期末)如图所示为回旋加速器的示意图，两D型盒所在区域加匀强磁场，狭缝（极小）间就有交变电压（电压的大小恒定），将粒子由A点静止释放，经回旋加速器加速后，粒子最终从D型盒的出口引出，已知D型盒的半径为R，粒子的质量和电荷量分别为m、q，磁感应强度大小为B，加速电压为U（不计粒子在电场中的运动时间），则下列说法正确的是（　　） A．粒子的运动周期为交变电压周期的2倍 B．粒子第一次与第二次进入磁场的轨道半径之比为 C．粒子的最大动能为 D．粒子在回旋加速器中运动的时间为 霍尔元件 1．(23-24高二下·内蒙古赤峰·期末)如图所示，通入电流为的导体块放在磁感应强度为的匀强磁场中，电流与磁场方向垂直时，导体块上、下面、间产生大小为的电势差，这种现象称为霍尔效应。导体块中自由电子电荷量大小为，导体块的宽度为，厚度为，下列说法正确的是（    ） A．面电势比面电势高 B．仅改变，与成正比 C．仅改变，与成反比 D．电势差稳定后，电子受到的洛伦兹力大小为 2．(23-24高二下·山东聊城·期末)如图所示，水平放置的铜质导电板，置于匀强磁场中。通入沿AB方向的电流为I时，测得CD两端的电压为U（C点的电势高于D点）。已知铜质导电板的厚度为d、垂直于I方向的横截面积为S，单位体积内的自由电子数为n，电子的电荷量大小为e。则该处的磁感应强度的大小和方向可能是（    ） A．  垂直纸面向外 B．  垂直纸面向外 C．  垂直纸面向里 D．  垂直纸面向里 3．(23-24高二下·山东临沂·期末)临沂籍物理学家薛其坤院士荣获2023年度国家最高科学技术奖。薛院士在研究霍尔效应的过程中发现了量子反常霍尔效应现象。如图是某金属材料做成的霍尔元件，所加磁场方向及电流方向如图所示，则（　　） A．该霍尔元件的前后两表面间存在电压，且前表面电势高 B．该霍尔元件的前后两表面间存在电压，且前表面电势低 C．该霍尔元件的上下两表面间存在电压，且上表面电势高 D．该霍尔元件的上下两表面间存在电压，且上表面电势低 4．(23-24高二下·江苏扬州宝应县汜水高级中学·期末)如图所示，通入电流为I的导体板放在磁感应强度为B的匀强磁场中，电流与磁场方向垂直时，导体板上、下面A、A'间产生一定的电势差UH，这种现象称为霍尔效应。导体板中自由电子电荷量为e，导体板的宽度为d，厚度为h，下列说法正确的是（　　） A．仅改变I， UH与h成正比 B．仅改变d， UH与d成正比 C．电势差稳定后，电子受到的洛伦兹力大小为 D．A'面电势比A面电势高 5．(23-24高二下·安徽蚌埠·期末)利用霍尔元件可以测定地球赤道上方的地磁场强弱，如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁场垂直于霍尔元件的工作面向上，通入图示方向的电流I，C、D两侧面间会产生电势差，该电势差大小叫霍尔电压。下列说法中正确的是（　　） A．通电时间越长，霍尔电压越大 B．霍尔电压的大小仅与磁感应强度有关 C．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势 D．在霍尔元件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 6．(23-24高二下·福建福州八县（）协作校·期末)如图，通入电流为I的导体板放在磁感应强度为B的匀强磁场中，电流与磁场方向垂直时，导体板上、下表面间产生一定的电势差，这种现象称为霍尔效应。导体板中自由电子电荷量为e，导体板的宽度为d，厚度为h，下列说法正确的是（  ） A．上表面的电势高于下表面电势 B．保持电流I不变，仅增大d时，上下表面的电势差减小 C．保持电流I不变，仅增大h时，上下表面的电势差增大 D．电势差稳定后，电子受到的洛伦兹力大小为 7．(23-24高二下·北京石景山区·期末)笔记本电脑在合上及打开时，屏幕会自己熄灭及亮屏，这是因为其内部含有磁铁和霍尔传感器。霍尔传感器类似于如图装置，当合上屏幕时，屏幕上的磁铁N极会面向下并产生近似磁感应强度B=0.5T的匀强磁场，A、B为两个竖直放置且相距d=0.05mm的平行极板（足够长），并都连接在电脑内的电压传感器，一侧不断有电子（重力不计）以速度v=0.1m/s平行且从两极板中央射入，当监测到某一恒定电压值时，电脑就会熄屏。由此可知（　　） A．极板B带正电；当电压传感器监测到电压为2.5×10-3V时，电脑屏幕熄屏 B．极板B带负电；当电压传感器监测到电压为2.5×10-3V时，电脑屏幕熄屏 C．极板B带正电；当电压传感器监测到电压为2.5×10-3mV时，电脑屏幕熄屏 D．极板B带负电；当电压传感器监测到电压为2.5×10-3mV时，电脑屏幕熄屏 磁流体发电机 1．(23-24高二下·广东汕尾·期末)磁流体发电是一项新兴技术， 它可以把物体的内能直接转化为电能，其原理如图所示。平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（含有大量带正、负电的粒子）射入磁场，两板间便产生电压，如果把板和用电器连接，板相当于一个直流电源的两个电极。不计重力、空气阻力和粒子间的相互影响，则下列说法正确的是（　　） A．图中板是发电机的正极 B．等离子体在运动过程中只受洛仑兹力的作用 C．只减小等离子体的速率，电路中的电流不变 D．只减小板的间距，电路中的电流增大 2．(23-24高二下·四川绵阳中学·期末)如图所示，两平行金属板A、B与电阻R相连，金属板间有一匀强磁场。现将一束等离子（含有大量等量正、负离子）垂直磁场喷入，下列说法正确的是（　　） A．A极板的电势高于B极板 B．R中有从b到a的电流 C．若只增大磁感应强度，R两端电压减小 D．若只增大两极板间距，R中电流不变 电磁流量计 1．(23-24高二下·北京房山区·期末)在实验室中有一种污水流量计，其工作原理图如图所示。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的液体的体积。空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，MN为管道壁上两点，下列说法正确的是（    ） A．M点的电势高于N点的电势 B．保证流速不变，当污水中离子浓度降低时，MN两点电压将减小 C．当磁感应强度B减小时，污水流速将减小 D．只需要测量磁感应强度B及MN两点电压U，就能够推算污水的流量 2．(23-24高二下·江西部分·期末)为监测某化工厂的污水（导电液体）排放量，某物理兴趣小组的同学在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计。该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为，左右两端开口。如图，在垂直于前、后两面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在上、下两个面分别固定有金属板M、N作为电极，V为理想电压表。当含有大量负离子的污水从左向右流经该装置时，下列说法正确的是（　　） A．M板的电势低于 N板的电势 B．若导电液体的流速为，M、N两电极间将产生电势差 C．若仅增大导电液体中离子的浓度，电压表示数将增大 D．若已知M、N 电极间的电势差为U，则液体流量为 电磁感应的应用 1．(23-24高二下·江苏·期末)如图1所示，大功率家用电器的插头常配备漏电保护装置，工作原理如图2所示，其中“零序电流互感器”可视为闭合铁芯。正常用电时，火线和零线的电流等大反向；出现漏电时，快速响应电路能够在毫秒级的时间内检测到漏电并触发断路器，使触头弹起从而自动切断电源。下列说法中正确的是（　　） A．漏电保护装置利用的原理是互感现象 B．图2中零线应该置于互感器的外面，否则无法正常使用 C．正常用电时，M和N两点之间没有电压 D．出现漏电时，M和N两点之间没有电压 2．(23-24高二下·重庆主城区七校联考·期末)电吉他的工作原理简化示意图如图所示，琴身上装有线圈，线圈附近被磁化的琴弦振动时，会使线圈中的磁通量发生变化，从而产生感应电流，再经信号放大器放大后传到扬声器。则当图中琴弦向左远离线圈时（　　） A．线圈中不产生感应电流 B．穿过线圈的磁通量减小 C．琴弦受向左的安培力 D．线圈有收缩趋势 3．(23-24高二下·甘肃临夏州·期末)如图甲所示为一种动圈式话筒的结构原理图，在膜片后面接有一个轻小的金属线圈，线圈处于永久磁体的磁场中。当声波使膜片前后振动时，就能将声音信号转变为低频电信号。图乙为一种纸盆式扬声器结构原理图，当线圈中通有低频信号电流时，能引起振动膜（纸盆）振动发声。下列说法正确的是（    ） A．动圈式话筒与纸盆式扬声器的线圈均处在匀强磁场中 B．动圈式话筒与纸盆式扬声器工作原理相同 C．增加线圈的匝数，话筒产生的电信号频率变大 D．纸盆式扬声器可以当话筒使用 质谱仪 1．(23-24高二下·山东临沂·期末)某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，甲部分为粒子加速器，加速电压为；乙部分为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为，两板间距离为d，两板间电压为；丙为偏转分离器，磁感应强度为。今有一电荷量为q的正粒子（不计重力），从静止开始经加速后，该粒子恰能沿直线通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动。求： （1）粒子的比荷； （2）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R的大小。 2．(23-24高二下·北京怀柔区·期末)如图所示，一质量为m的带电粒子从容器A下方的小孔飘入、之间的加速电场，其初速度可视为0，加速后以速度v经小孔沿与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后垂直打到照相底片上的D点。已知到D点的距离L，不计粒子的重力，求： （1）粒子的比荷； （2）加速电场的电势差U； （3）粒子在磁场所受洛伦兹大小。 3．(23-24高二下·福建福州八县（）协作校·期末)如图一质谱仪由加速器、速度选择器和磁分析器组成，其装置简化成如图所示。质量为m、带电量为q粒子由静止被加速电场加速后，以速度v进入速度选择器。速度选择器内存有相互正交的匀强磁场和匀强电场，其中电场强度大小为E、磁感应强度大小未知；通过速度选择器后，粒子从O点垂直于磁场边界SP的方向进入磁分析器，最后离子击中磁场边界上的P点。磁分析器分布着向外的匀强磁场，磁感应强度大小为；不计粒子重力。求： （1）加速电场的电压； （2）速度选择器中匀强磁场磁感应强度大小； （3）磁分析器中O、P两点间的距离d。 4．(23-24高二下·北京大兴区·期末)质谱仪的工作原理示意图如图所示，它由速度选择器和有边界的偏转磁场构成。速度选择器由两块水平放置的金属板构成，两金属板分别与电源的两极相连，两金属板间匀强电场的场强大小为E、匀强磁场的磁感应强度大小为B1，方向垂直纸面向里。偏转磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为B2，方向垂直纸面向外。一束带正电的电量为q的粒子从狭缝O1射入，恰能沿直线通过速度选择器，从磁场边界上的O2点垂直磁场方向射入偏转磁场，经历半个圆周打在照相底片上的A点，测得O2和A 点之间的距离为L。粒子所受重力及粒子间的相互作用均可忽略。 （1）判断速度选择器的上、下两金属板哪端应接电源正极？求带电粒子从速度选择器射出时的速度大小； （2）求带电粒子的质量m； （3）另外一束带电量相同的粒子也从狭缝O1射入，保持装置的其他条件不变，粒子最终打在照相底片上的C点，O2和C点之间的距离大于L。比较这两束粒子，你能得到哪些结论？并阐述理由。 5．(23-24高二下·福建厦门·期末)某“双聚焦分析器”质谱仪工作原理如图所示，加速器中加速电压为U，静电分析器中有辐向电场，即与圆心等距各点的电场强度大小相同，方向指向圆心。磁分析器中以为圆心、圆心角为90°的扇形区域内，分布着方向垂直于纸面向里的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行。离子源逸出初速度为0、质量为m、电荷量为q的正离子，经加速电场加速后，从M点垂直于进入静电分析器，沿半径为R的圆弧轨道做匀速圆周运动，后从N点射出，然后离子由P点垂直于射入磁分析器中，最后离子垂直从Q点射出。已知，，不计离子重力及离子间相互作用。 （1）求离子从加速器射出时速度v的大小； （2）求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小： （3）若离子源逸出初速度为0、比荷不同的正离子，求能从磁场区域上边界出射的离子比荷k的范围。 6．(23-24高二下·重庆部分区·期末)如图所示为质谱仪的原理图，由加速电场、速度选择器和偏转磁场组成。在速度选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场。偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场。一电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过加速电场加速后，进入速度选择器，并能沿直线穿过速度选择器，从A点垂直于MN进入偏转磁场。带电粒子经偏转磁场后，最终到达底片的C点。已知加速电场的电势差为U、速度选择器中的电场方向水平向右，场强大小为E，偏转磁场的磁感应强度为B2，带电粒子的重力忽略不计。求： （1）粒子从加速电场射出时速度的大小； （2）速度选择器中匀强磁场的磁感应强度的大小； （3）A点到C点的距离。 7．(23-24高二下·广西桂林·期末)质谱仪是一种可以测定微观粒子比荷（即荷质比）的仪器，某种质谱仪工作原理如图所示。粒子源发出初速度为零的氕核经加速电场（已知加速电压为）加速后，从点垂直进入四分之一圆形磁场分析器，磁场分析器中有垂直于纸面向外的匀强磁场（图中未画出）。已知氕核在磁场区域运动一定时间后恰好垂直于磁场下边界从点射出，，氕核的电荷量为，质量为，不计氕核重力，求： （1）氕核进入磁场分析器中速度的大小； （2）磁场分析器中磁感应强度大小； （3）现有一未知粒子（不计重力）经相同电场加速后，从点垂直进入磁场，并从点离开，测得，求未知粒子的比荷。 回旋加速器 1．(23-24高二下·广东中山·期末)回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的D形金属盒半径为，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过狭缝的时间可忽略不计，磁感应强度为的匀强磁场与盒面垂直，A处粒子源产生的粒子质量为，电荷量为，在加速器中被加速。设粒子初速度为零，高频交流电压为，加速过程中不考虑重力作用和相对论效应，则（    ） A．增大加速电压，粒子达到最大动能所用时间减少 B．增大加速电压，粒子的最大动能增加 C．增大磁感应强度，若该粒子仍能正常加速，则交变电流的频率增大 D．增大磁感应强度，并使粒子正常加速，粒子的最大动能不变 2．(23-24高二下·广东深圳龙岗区·期末)回旋加速器的工作原理如图所示。和是真空中两个中空的半圆形金属盒，它们之间接电压大小恒定、频率为f的交流电源。A处的粒子源释放初速度为零的带电粒子，在两盒之间被电场加速，两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，粒子在磁场中做匀速圆周运动。保持磁场不变，用该加速器分别加速氘核（）和氦核（），下列说法正确的有（　　） A．交流电源的频率 B．交流电源的频率 C．获得的最大速度 D．获得的最大速度 3．(23-24高二下·江苏常州·期末)2023年中科院的医用重离子加速器研发及产业化团队获第三届全国创新争先奖牌．回旋加速器可作为重离子加速器的注入器，其工作原理如题1图所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间狭缝的宽度为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，被加速离子的质量为m、电荷量为＋q，加在狭缝间的交变电压如题2图所示，周期，U0未知．一束该种离子在t＝0～时间内从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零．假设能从D形盒出射的离子每次经过狭缝均做匀加速直线运动，不考虑重力、离子间相互作用及相对论效应，离子在狭缝中的运动时间不能忽略． （1）求出射离子的动能Ekm； （2）若离子第2次与第4次加速轨迹间距为x，求第4次加速后粒子速度大小v4； （3）要使飘入狭缝的离子中有超过60%能射出，求U0应满足的条件． 4．(22-23高二下·陕西渭南大荔县·期末)加速器在核物理和粒子物理研究中发挥着巨大的作用，回旋加速器是其中的一种。如图是某回旋加速器的结构示意图，和是两个中空的、半径为R的半圆型金属盒，两盒之间窄缝的宽度为d，它们之间有一定的电势差U。 两个金属盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。盒的中央A处的粒子源可以产生质量为m、电荷量为+q的粒子，粒子每次经过窄缝都会被电场加速，之后进入磁场做匀速圆周运动，经过若干次加速后，粒子从金属盒边缘离开，忽略粒子的初速度、粒子的重力、粒子间的相互作用及相对论效应。求： （1）粒子离开加速器时获得的动能； （2）粒子在电场中被加速的次数N； （3）若该回旋加速器金属盒的半径，窄缝的宽度，求粒子从A点开始运动到离开加速器的过程中，其在磁场中运动时间与在电场中运动时间之比。（结果保留两位有效数字）    5．(22-23高二下·江苏南京南京汉开书院高中部·期末)加速器在核物理和粒子物理研究中发挥着巨大的作用，回旋加速器是其中的一种。图1为回旋加速器的工作原理图。和是两个中空的半圆金属盒，分别和一高频交流电源两极相连。两盒处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面位于盒圆心附近的A处有一个粒子源，产生质量为m、电荷量为的带电粒子。不计粒子的初速度、重力和粒子通过两盒间的缝隙的时间，加速过程中不考虑相对论效应。 （1）求所加交流电源的频率f； （2）若已知半圆金属盒的半径为R，请估算粒子离开加速器时获得的最大动能； （3）某同学在分析带电粒子运动轨迹时，画出了如图2所示的轨迹图，他认为相邻轨迹间距是相等的。请通过计算分析该轨迹是否合理。    霍尔元件 1．(23-24高二下·浙江温州环大罗山联盟·期末)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，当磁场靠近霍尔元件时，在导体前后表面间出现电势差（前表面的电势低于后表面的电势）。下列说法中错误的是（　　） A．图乙中霍尔元件的载流子带负电 B．若电流I变大，则霍尔电势差变大 C．自行车的车速越大，则霍尔电势差越大 D．若传感器的电源输出电压变大，则霍尔电势差变大 2．(23-24高二下·甘肃酒泉·期末)如图所示，矩形薄片霍尔元件处于与薄片垂直、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。当元件通有大小为I，方向如图所示的电流时，在M、N间出现霍尔电压UH。已知薄片内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，薄片的厚度为d，M、N间距离为L1，P、Q间距离为L2，则下列说法正确的是（　　） A．形成电流的电子定向移动方向为P→Q B．M表面电势低于N表面电势 C．自由电子定向移动的速度大小为 D．元件内单位体积内自由电于数为 3．(23-24高二下·福建厦门·期末)石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格结构新材料，具有丰富的电学性能。现设计一电路测量某二维石墨烯样品单位面积的载流子（电子）数。如图所示，在长为a，宽为b的石墨烯表面加一垂直向里的匀强磁场，磁感应强度为B，电极1、3间接入恒压直流电源、稳定时电流表示数为I，电极2、4之间的电压为U，已知电子电荷量为e，则（　　） A．电极2的电势比电极4的低 B．电子定向移动的速率为 C．电极2和4之间的电压与宽度b无关 D．二维石墨烯样品单位面积的载流子数为 4．(23-24高二下·福建福州·期末)共享电动单车大大方便了市民出行，骑行者通过拧动手把来改变车速，手把内部结构如图（甲）所示，其截面如图（乙）所示。稍微拧动手把，霍尔元件保持不动，磁铁随手把转动，与霍尔元件间的相对位置发生改变，穿过霍尔元件的磁场强弱和霍尔电压大小随之变化。已知霍尔电压越大，电动车能达到的最大速度越大，霍尔元件工作时通有如图（乙）所示的电流I，载流子为电子，则（    ） A．霍尔元件下表面电势高于上表面 B．霍尔元件下表面电势低于上表面 C．从图（乙）所示位置沿a方向稍微拧动手把，可以增大 D．提速过程，洛伦兹力对运动电子做正功 磁流体发电机 1．(22-23高二下·新疆阿勒泰·期末)目前世界上正研究的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）沿垂直于磁场方向喷射入磁场，磁场中的两块金属板A、B上就会聚集电荷，产生电压对外供电。设等离子体的射入速度为v，两金属板的板长为L，板间距离为d，匀强磁场的磁感应强度为B，负载电阻为R，等离子体充满两板间的空间，不考虑等离子体的电阻。当发电机稳定发电时，下列说法正确的是（　　）    A．A板带正电 B．负载电阻中的电流方向为b向a C．负载电阻中的电流大小为 D．负载电阻中的电流大小为 2．(23-24高二下·重庆七校联盟·期中)污水流量计用于检测学校排污情况，其由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口。在垂直于上、下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板。污水充满管口从左向右流经该装置时，理想电压表将显示前后两面的电压U。若用Q表示污水流量（单位时间内流过管道横截面的流体体积），则（　　） A．后表面电势比前表面电势低 B．电压表的示数U与污水中离子浓度有关 C．污水流量Q与电压表的示数U成正比 D．污水流量Q与a、b有关 电磁流量计 1．(22-23高二下·山东临沂·期末)电磁流量计是随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。主要有直流式和感应式两种。如图所示直流式电磁流量计，外加磁感应强度为B的水平匀强磁场垂直于管轴，在竖直径向a、b处装有两个电极，用来测量含有大量正，负离子的液体通过磁场时所产生的电势差大小U。液体的流量Q可表示为，其中d为管道直径，k为修正系数，用来修正导出公式时未计及的因素（如流量计管道内的流速并不均匀等）的影响。那么A应该为（　　）    A．恒定常数 B．管道的横截面积 C．液体的流速 D．液体中单位时间内流过某一横截面的电荷量 2．(22-23高二下·重庆康德联考·期末)如图所示，将非磁性材料制成的直径为d的圆管置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，当含有大量正、负离子的导电液体以速率v从管中由左向右流过磁场区域时，测得管壁上、下两侧的M、N两点之间有电势差UMN。设定管中各处的液体流速相同，忽略离子重力影响，则（   ）    A． B． C． D． 3．(23-24高二下·广东东莞·期末)为了诊断病人的心脏功能和动脉中血液黏滞情况，可使用电磁流量计测量血管中血液的流速和流量。如图所示是电磁流量计测量血管中血液流速的示意图，血管中存在着大量正负离子水平向左定向流动，现使血管处于磁感应强度为的匀强磁场中，测得血管两侧电压为。已知血管的直径为，假定血管中各处液体的流速稳定时恒为，忽略重力影响，则（　　） A．血管中水平向左运动的正离子所受洛伦兹力垂直纸面向上 B．处电势比处电势低 C．流速稳定时，血管两侧电压为 D．流速稳定时， 4．(23-24高二下·山东淄博·期末)为了无损测量有污染废弃导电液体的流量，常用到一种电磁流量计，如图甲所示。其原理可以简化为如图乙所示模型：液体从管右侧流入，左侧流出，流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积。已知管的直径为d，匀强磁场垂直纸面向外，磁感应强度为B，管中各处液体的流速均相同，测出管壁上M、N两点的电势差为U，下列说法正确的是（    ） A．M点的电势高于N点的电势 B．稳定后液体的流速 C．电磁流量计也可以用于测量不导电的液体的流速 D．液体流量 5．(22-23高二下·广东梅州·期末)在医院中需要用到血流计检测患者身体情况，血流计原理可以简化为如图所示模型，血液内含有少量正、负离子，从直径为d的血管右侧流入，左侧流出，流量值Q等于单位时间内通过横截面的液体体积。空间有垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，稳定后，测出M、N两点之间电压U。下列说法正确的是（　　）    A．离子所受洛伦兹力方向由M指向N B．M点的电势低于N点的电势 C．正负离子达到稳定状态时，可得流速 D．血液流量 5．(22-23高二下·四川乐山·期末)图1为电磁流量计是一种应用电磁感应现象来测量导电流体流量的一种仪器，图2是简化的工作场景。已知在直径为d的圆形导管区域外加一垂直纸面向外的匀强磁场B，管中导电液体以水平向左的速度v0流过磁场区域，稳定后电压表测出MN两端间的电压大小为U，则（　　）    A．洛伦兹力对导电液体中的离子做正功 B．管壁M侧电势高于N侧 C．仅增大导电液体流速，U值会增大 D．仅增大磁感应强度B，U值不变 6．(22-23高二下·新疆巴音郭楞蒙古和硕县中学·期末)武汉的病毒研究所是我国防护等级最高的P4实验室，在该实验室中有一种污水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的液体的体积。流量计所在空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，下列说法正确的是（    ）    A．N点的电势高于M点的电势 B．M、N两点间的电势差与废液的流量值成反比 C．污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速 D．若污水流量减小，可通过增大磁感应强度B的大小以保证M、N间电势差不变 电磁感应的应用 1．(23-24高二下·浙江金华·期末)某物理兴趣小组设计了一个电流天平，如图甲所示：“E”形磁铁的两侧为极，中心为极，磁极之间的磁场是沿半径向外的辐向磁场，磁场只分布在图乙左右各的范围内，距离中心处的磁感应强度大小为（为已知常数）；一半径为的圆形线圈，套在一个绝缘框架上，与上方的秤盘连为一体，线圈两端与外电路连接，秤盘与之间连接一轻质弹簧。当把待测重物放在秤盘上时，秤盘和线圈一起向下运动，弹簧被压缩，随后通过两端对线圈供电，使秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，由此时对应的供电电流便可确定重物的质量。已知线圈匝数为，电阻为，弹簧劲度系数为，秤盘框架和线圈的总质量为，空气阻力忽略不计，分析以下问题： （1）外电路对线圈供电时，电流要从端还是端流入? 若供电的电流强度为，每一匝线圈受到安培力的长度为多少？待测物体的质量是多大？ （2）图丙是一备用线圈，材料、匝数与线圈完全相同，但半径比线圈的半径要大，当使用备用线圈测量物体质量时，通过计算说明测量值会发生怎样的变化？（“偏大”、“偏小”还是“不变”） （3）如果把供电电源撤去、重物取走，将线圈两端短接，待秤盘静止后，再将质量为的重物轻轻置于秤盘上，秤盘会做阻尼振动，振动图像如图丁所示，为已知，求： ①从把的重物轻轻放秤盘上到最终秤盘停止运动，线圈中产生的焦耳热；（已知弹簧的弹性势能为弹簧的劲度系数，为弹簧的形变量。） ②时间内安培力的冲量大小。时刻时刻 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题08 电磁场与现代科技 质谱仪 1．(23-24高二下·湖南郴州·期末)质谱仪是用来分析同位素的装置，如图为质谱仪的示意图，其由竖直放置的速度选择器、偏转磁场构成。由三种不同粒子组成的粒子束以某速度沿竖直向下的方向射入速度选择器，该粒子束沿直线穿过底板上的小孔O进入偏转磁场，最终三种粒子分别打在底板MN上的、、三点，已知底板MN上下两侧的匀强磁场方向均垂直纸面向外，且磁感应强度的大小分别为、，速度选择器中匀强电场电场强度的大小为E。不计粒子的重力以及它们之间的相互作用，则（　　） A．速度选择器中的电场方向向左，且三种粒子均带正电 B．三种粒子的速度大小均为 C．打在点的粒子的比荷最大，且其在磁场中的运动时间最长 D．如果三种粒子电荷量均为q，且、的间距为，则打在、两点的粒子质量差为 【答案】D 【来源】湖南省郴州市2023-2024学年高二下学期期末考试物理试题 【详解】A．带电粒子通过速度选择器时，需要二力平衡，故 且两力方向相反。根据带电粒子在偏转磁场中的偏转方向，由左手定则，可知三种粒子均带正电，故速度选择器中，洛伦兹力方向为水平向左，可知电场方向向右，故A错误； B．三种粒子在速度选择器中做匀速直线运动，受力平衡，有 得 故B错误； C．粒子在磁场区域B2中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有 得 半径与三种粒子比荷成反比，故打在P3点的粒子比荷最小，在磁场中的运动时间为 故打在P3点的粒子在磁场中的运动时间最长，故C错误； D．打在P1、P3两点的粒子间距为 解得 故D正确。 故选D。 2．(23-24高二下·四川绵阳·期末)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、磁感应强度为B的匀强磁场。要让质量为m、电荷量为的带正电粒子（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 D．P点与Q点间距离 【答案】D 【来源】四川省绵阳市2023-2024学年高二下学期期末考试物理试题 【详解】A．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； B．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是零，B错误； C．设粒子在静电分析器中的速度大小为，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 解得 粒子在加速电场中，设加速电压为，由动能定理可得 解得 C错误； D．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，可得 解得 可知P点与Q点间距离 D正确。 故选D。 3．(23-24高二下·山西晋城部分高中学校联考·期末)如图，两种不同的带电粒子a、b经相同的加速电场加速后进入速度选择器（粒子在进入加速电场时的速度可忽略），a、b两种粒子在速度选择器中均沿直线运动，最终经小孔S射入匀强磁场。其中a粒子在磁场中做半径为R的圆周运动。下列说法正确的是（　　） A．a、b两种粒子可能带异种电荷 B．a、b两种粒子穿过速度选择器的时间不同 C．a、b两种粒子的比荷相同 D．b粒子在磁场中的运动半径可能比R大 【答案】C 【来源】山西省晋城市部分高中学校联考2023-2024学年高二下学期7月期末物理试题 【详解】A．两种粒子能被相同的加速电场加速，所以他们一定带同种电荷，故A错误； B．两种粒子穿过速度选择器的速度相同，所以时间也相同，故B错误； C．由，可得 两种粒子的速度相同，则比荷相同，故C正确； D．粒子在磁场中的运动半径 因为两种粒子比荷相同，粒子在磁场中的运动半径也为，故D错误。 故选C。 4．(23-24高二下·四川成都蓉城名校·期末)质谱仪在物理研究中起着非常重要的作用。如图为质谱仪的工作原理示意图，粒子源产生的带电粒子经加速电场加速后，进入速度选择器，速度选择器内相互正交的匀强磁场的磁感应强度大小和匀强电场的电场强度大小分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片，平板S下方有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为，不计粒子重力和粒子间作用力。下列说法正确的是（　　） A．该粒子带负电 B．速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向里 C．能通过狭缝P的粒子的速率为 D．粒子打在胶片上的位置离狭缝P越远，粒子的比荷越大 【答案】C 【来源】四川省成都市蓉城名校2023-2024学年高二下学期期末联考物理试题 【详解】A．根据图像可知，粒子通过狭缝P后向左偏转，所受洛伦兹力方向向左，根据左手定则可知，四指指向与粒子速度方向相同，则粒子带正电，故A错误； B．粒子在速度选择器中做匀速直线运动，粒子带正电，所受电场力向右，则粒子在速度选择器中所受洛伦兹力向左，根据左手定则可知，速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外，故B错误； C．粒子粒子在速度选择器中做匀速直线运动，则有 解得 故C正确； D．令粒子打在胶片上的位置离狭缝P的距离 L，则有 粒子做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则有 结合上述解得 可知，粒子打在胶片上的位置离狭缝P越远，粒子的比荷越小，故D错误。 故选C。 5．(23-24高二下·湖南岳阳·期末)某一具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，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，两板间距离为d；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e的带电粒子（不计重力），经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动。则下列说法正确的是（    ） A．粒子带正电 B．粒子的速度v为 C．速度选择器两板间电压U2为 D．粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为 【答案】AC 【来源】湖南省岳阳市2023-2024学年高二下学期期末教学质量检测物理试题 【详解】A．由图可知电粒子进入偏转分离器时受到的洛伦兹力向右，根据左手定则可知，粒子带正电，故A正确； B．粒子经过加速电场过程，根据动能定理可得 解得粒子进入速度选择器的速度为 故B错误； C．粒子在速度选择器运动过程，根据受力平衡可得 解得速度选择器两板间电压为 故C正确； D．粒子在分离器中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力可得 解得 故D错误。 故选AC。 6．(23-24高二下·新疆巴音郭楞蒙古·期末)质谱仪示意图如图甲所示，一粒子束从两极板和的中心轴线水平入射，通过两极板中间区域后部分粒子能够从狭缝处射入质谱仪，最终分裂为a、b、c三束，分别运动到磁场边界的核乳胶片上，它们的运动轨迹如图所示。已知极板和中间区域同时有电场强度大小为E的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为，在狭缝右侧空间有面积不限、垂直纸面向外、磁感应强度大小为的匀强磁场。不计粒子的重力。请回答下列问题： （1）请判断粒子所带电性，并求出能够进入狭缝的粒子的速度v； （2）若沿a、b、c轨迹运动的离子带电量相同，测得它们在胶片上成像处到的距离之比为2：3：4，求它们的质量之比； （3）若缩小狭缝右侧空间匀强磁场区域，使其宽度为，下方长度为，如图乙所示。若一束电荷量为q的带电粒子从两极板中心轴线水平入射，能够从狭缝处水平射入质谱仪，且所有带电粒子均不从磁场区域的右边界射出，求带电粒子的质量m的范围。（结果用式子表示） 【答案】（1）带正电，，方向水平向右；（2）ma:mb:mc=2:3:4；（3） 【来源】新疆巴音郭楞蒙古自治州2023-2024学年高二下学期7月期末考试物理试题 【详解】（1）根据粒子在磁场B2中的运动轨迹，由左手定则可知粒子带正电荷。粒子在两极板间做直线运动时，合力为零，粒子所受洛伦兹力竖直向上，则电场力竖直向下，电场强度向下，可知极板P1带正电。粒子在两极板间运动，由合力为零可得 可得进入狭缝S0的粒子的速度为 方向水平向右。 （2）粒子在右侧磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，则有 粒子在胶片上成像处到S0的距离 d=2r 代入数据可得 可知 已知 da:db:dc=2:3:4 则 ma:mb:mc=2:3:4 （3）由题可知，所有带电粒子均不从磁场区域的右边界射出，则当射出的粒子与磁场区域的右边界相切时，带电粒子的运动半径最大，此时带电粒子的运动半径为 r=d1 由 可知，此时带电粒子的质量最大，最大值为 带电粒子质量的取值范围为 7．(23-24高二下·贵州毕节·期末)某学习小组用如图所示的装置分析带电粒子在电磁场中的运动。直线边界AA'的下方，以O点为圆心、半径为R的半圆形区域内无磁场，其余区域内分布有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B．离子源S放出的正离子经加速电场加速后在纸面内垂直于 AA'边界从C点进入磁场，加速电场的加速电压大小可调节，已知O、C两点间的距离为2R，离子的比荷为k，不计离子进入加速电场时的初速度，不计离子的重力和离子间的相互作用。 （1）为保证离子能进入半圆区域，求加速电压 U的取值范围； （2）若离子的运动轨迹刚好过O点，求相应的加速电压U0； （3）求能进入到半圆形区域内的离子在磁场中运动的最短时间。 【答案】（1）；（2）；（3） 【来源】贵州省毕节市2023-2024学年高二下学期期末考试物理试题 【详解】（1）由动能定理得 由 解得 离子能进入半圆形区域有 ， 解得 （2）离子能够经过圆心，则有几何关系 解得 由 可得离子进入磁场的初速度 又根据 得到 （3）离子运动时间最短时，其对应的轨迹圆的圆心角最小。如图 由几何关系，当CD与半圆弧相切时α最大，最大α满足 解得 可得对应圆心角 又由 解得 由 能进入到半圆形区域内的离子在磁场中运动的最短时间为 回旋加速器 1．(23-24高二下·山东济宁·期末)图甲是回旋加速器的工作原理图。A处的粒子源产生的粒子（）被电场加速，粒子在磁场中的动能随时间t的变化规律如图乙所示，不计粒子在电场中的加速时间，不考虑相对论效应带来的影响，下列说法正确的是（    ） A．高频交流电的变化周期等于 B．在图像中有 C．不改变任何条件，该装置不能对氘核加速 D．设第n次加速后粒子在D形盒内运动半径为，有 【答案】D 【来源】山东省济宁市2023-2024学年高二下学期7月期末考试物理试题 【详解】A．粒子在磁场中做圆周运动，有 可得 周期为 回旋加速器周期与速度无关，粒子加速一次电流改变一次方向，所以粒子一个周期粒子加速两次，所以高频交流电的变化周期等于粒子圆周运动的周期，即 故A错误； B．粒子在电场中加速，有 所以 故B错误； C．根据 可知粒子（）与氘核的比荷相同，所以粒子做圆周运动的周期相同，所以可以加速，故C错误； D．粒子第n次加速后有 可得 所以有 由于 所以有 故D正确。 故选D。 2．(23-24高二下·安徽亳州·期末)2022年12月28日我国中核集团全面完成了230MeV超导回旋加速器自主研制的任务，标志着我国已全面掌握小型化超导回旋加速器的核心技术，进入国际先进行列。置于真空中的D形金属盒半径为R，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，交流加速电压大小恒为U。若用此装置对氘核（）加速，所加交变电流的频率为f。加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响，下列说法正确的是（    ） A．仅增大加速电压U，氘核（）从D型盒出口射出的动能增大 B．仅减小加速电压U，氘核（）加速次数增多 C．仅增大D形金属盒半径R，氘核（）在磁场中运动的时间不变 D．若用该加速器加速粒子需要把交变电流的频率调整为 【答案】B 【来源】安徽省亳州市2023-2024学年高二下学期7月期末联考物理试题（B卷） 【详解】A．当粒子在磁场的轨迹半径等于D形金属盒半径R时，粒子的动能最大 故 与加速电压和加速次数无关，A错误； B．粒子在电场中加速 解得 仅减小加速电压U，氘核（）加速次数增多，B正确； C．粒子在磁场中运动的时间 仅增大D形金属盒半径R，氘核（）在磁场中运动的时间变大，C错误； D．回旋加速器交流电源的频率应等于带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的频率，氘核（）和粒子比荷相同，则在磁场中做匀速圆周运动的频率相同，在同一匀强磁场中做圆周运动的频率相同，D错误。 故选B。 3．(23-24高二下·安徽滁州·期末)回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其工作原理如图所示，D1和D2是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，将它们接在电压为U的高频交流电源上，一质量为m、电荷量为q的带电粒子从加速器的某处由静止开始加速。已知D形盒的半径为R，匀强磁场的磁感应强度为B，不计粒子的重力，忽略粒子在电场中的加速时间，不考虑相对论效应。下列说法正确的是（　　） A．粒子第n次被加速前、后的轨道半径之比为 B．高频交流电源的周期为 C．粒子的最大动能为 D．若只增大交变电压U，则粒子的最大动能Ek会增大 【答案】A 【来源】安徽省滁州市2023-2024学年高二下学期7月期末物理试题 【详解】CD．根据洛伦兹力提供向心力有 可得粒子的最大速度为 则粒子的最大动能为 可知，粒子的最大动能与交变电压无关，故CD错误； B．高频交流电源的周期等于粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期，即 故B错误； A．根据动能定理可得粒子第n次被加速前有 粒子第n次被加速后有 所以 故A正确。 故选A。 4．(23-24高二下·福建福州闽侯县闽江口协作校·期末)如图所示为一个回旋加速器的示意图，D形盒半径为R，磁感应强度为B的匀强磁场垂直D形盒底面，两盒间接交变电压U。设质子的质量为m、电荷量为q，则下列说法正确的是（　　） A．只增大半径R无法增加质子离开D形盒的速度 B．只增大磁感应强度B可以增加质子离开D形盒的速度 C．只增大交变电压U可以增加质子离开D形盒的速度 D．交变电压的变化周期为 【答案】B 【来源】福建省福州市闽侯县闽江口协作校2023-2024学年高二下学期7月期末物理试题 【详解】ABC．当质子离开D形盒时，轨迹半径等于D形盒半径，由洛伦兹力提供向心力可得 解得 可知只增大半径R可以增加质子离开D形盒的速度，只增大磁感应强度B可以增加质子离开D形盒的速度，只增大交变电压U无法增加质子离开D形盒的速度，故AC错误，B正确； D．交变电压的变化周期等于质子在磁场中的运动周期，则有 故D错误。 故选B。 5．(23-24高二下·浙江舟山·期末)如图所示，图甲为直线加速器，它由多个横截面积相同的金属圆筒共轴依次排列，圆筒长度按照一定的规律依次增加。被加速的带电粒子在金属圆板0中心处由静止释放，之后每次通过圆筒间隙都被加速，且加速时间可以忽略不计。图乙为回旋加速器，、为两个中空的半圆形金属盒，处于竖直向下的匀强磁场B中。被加速的带电粒子在A点由静止释放，之后每次通过D形盒间隙都会被加速，且加速时间也可以忽略不计。在粒子运动的过程中，两个加速器所接交流电源的电压大小及频率均保持不变。下列说法正确的是（    ） A．带电粒子在直线加速器的金属圆筒中做匀速直线运动 B．直线加速器中，1、2、3金属圆筒长度之比为1：2：3 C．若用回旋加速器加速不同种类的粒子，则必须改变其所接交流电源的频率 D．带电粒子通过回旋加速器后获得的最大速度与加速电压有关 【答案】A 【来源】浙江省舟山市2023-2024学年高二下学期6月期末考试物理试题 【详解】A．直线加速器中的金属圆筒起到了静电屏蔽的作用，其内部场强为零，因此带电粒子在圆筒中做匀速直线运动，故A正确； B．直线加速器中，带电粒子在金属圆板O中心处由静止释放，由于每两个金属筒之间的电压交替变化，粒子每次经过金属筒间时都要被加速，则可知粒子经过每个金属筒的时间一定相同（为交流电的半个周期，即），设金属筒间的电压为，粒子的电荷量为，质量为，则粒子第一次被加速后由动能定理有 粒子在金属筒中做匀速直线运动，则可得第一个金属筒的长度为 粒子第二次被加速由动能定理有 则可得第二个金属筒的长度为 粒子第三次被加速由动能定理有 则可得第三个金属筒的长度为 联立以上各式可得 故B错误； C．回旋加速器所接交流电源的频率为 可知若不同种类的粒子的荷质比相同，不需要改变其所接交流电源的频率，故C错误； D．在回旋加速器的磁场中，当粒子的运动半径等于D形盒的半径时，粒子获得的速度最大，根据洛伦兹力充当向心力有 可得 故带电粒子通过回旋加速器后获得的最大速度与加速电压无关，故D错误。 故选A。 6．(23-24高二下·江西新余·期末)如图所示为回旋加速器的示意图，两D型盒所在区域加匀强磁场，狭缝（极小）间就有交变电压（电压的大小恒定），将粒子由A点静止释放，经回旋加速器加速后，粒子最终从D型盒的出口引出，已知D型盒的半径为R，粒子的质量和电荷量分别为m、q，磁感应强度大小为B，加速电压为U（不计粒子在电场中的运动时间），则下列说法正确的是（　　） A．粒子的运动周期为交变电压周期的2倍 B．粒子第一次与第二次进入磁场的轨道半径之比为 C．粒子的最大动能为 D．粒子在回旋加速器中运动的时间为 【答案】B 【来源】江西省新余市2023-2024学年高二下学期期末质量检测物理试题 【详解】A．由回旋加速器的工作原理可知，粒子每经过半个周期加速一次，而交变电压每经过半个周期方向改变一次，设粒子的运动周期为，交变电压的变化周期为，应满足关系 即 因此粒子在磁场中做圆周运动的周期为交变电压的变化周期的奇数倍，A错误； B．对粒子第1次加速时，由动能定理得 粒子进入磁场后有 解得 对粒子第2次加速时，由动能定理得 粒子进入磁场后有 解得 所以 B正确； C．当粒子离开D盒瞬间的动能最大，半径为，则可得 解得 则粒子的最大动能为 C错误； D．粒子每次经过狭缝电场力做功 粒子被加速的次数为 粒子在磁场中的运动周期为 则粒子在回旋加速器中运动的时间为 D错误； 故选B。 霍尔元件 1．(23-24高二下·内蒙古赤峰·期末)如图所示，通入电流为的导体块放在磁感应强度为的匀强磁场中，电流与磁场方向垂直时，导体块上、下面、间产生大小为的电势差，这种现象称为霍尔效应。导体块中自由电子电荷量大小为，导体块的宽度为，厚度为，下列说法正确的是（    ） A．面电势比面电势高 B．仅改变，与成正比 C．仅改变，与成反比 D．电势差稳定后，电子受到的洛伦兹力大小为 【答案】C 【来源】内蒙古自治区赤峰市2023-2024学年高二下学期7月期末考试物理试题 【详解】A．由题图可知，电流方向向右，电子的定向移动方向向左，由左手定则可知，电子受洛伦兹力方向向上，则导体板上表面带负电，下表面带正电，因此A面电势比面电势低，A错误； BCD．电势差稳定后，电子受到的电场力与洛伦兹力平衡，可得 可得 导体板通过的电流 可得 则有 可知与I成正比，与d成反比，BD错误，C正确。 故选C。 2．(23-24高二下·山东聊城·期末)如图所示，水平放置的铜质导电板，置于匀强磁场中。通入沿AB方向的电流为I时，测得CD两端的电压为U（C点的电势高于D点）。已知铜质导电板的厚度为d、垂直于I方向的横截面积为S，单位体积内的自由电子数为n，电子的电荷量大小为e。则该处的磁感应强度的大小和方向可能是（    ） A．  垂直纸面向外 B．  垂直纸面向外 C．  垂直纸面向里 D．  垂直纸面向里 【答案】A 【来源】山东省聊城市2023-2024学年高二下学期期末联考物理试题 【详解】根据题意可知电子向下偏转，根据左手定则可知磁感应强度的方向是垂直纸面向外，稳定时，电子所受电场力等于洛伦兹力，即 又 联立可得 故选A。 3．(23-24高二下·山东临沂·期末)临沂籍物理学家薛其坤院士荣获2023年度国家最高科学技术奖。薛院士在研究霍尔效应的过程中发现了量子反常霍尔效应现象。如图是某金属材料做成的霍尔元件，所加磁场方向及电流方向如图所示，则（　　） A．该霍尔元件的前后两表面间存在电压，且前表面电势高 B．该霍尔元件的前后两表面间存在电压，且前表面电势低 C．该霍尔元件的上下两表面间存在电压，且上表面电势高 D．该霍尔元件的上下两表面间存在电压，且上表面电势低 【答案】A 【来源】山东省临沂市2023-2024学年高二下学期7月期末物理试题 【详解】根据题意，由于金属材料的载流子为自由电子，由左手定则可知，自由电子向后表面偏转，则该霍尔元件的前后两表面间存在电压，且前表面电势高。 故选A。 4．(23-24高二下·江苏扬州宝应县汜水高级中学·期末)如图所示，通入电流为I的导体板放在磁感应强度为B的匀强磁场中，电流与磁场方向垂直时，导体板上、下面A、A'间产生一定的电势差UH，这种现象称为霍尔效应。导体板中自由电子电荷量为e，导体板的宽度为d，厚度为h，下列说法正确的是（　　） A．仅改变I， UH与h成正比 B．仅改变d， UH与d成正比 C．电势差稳定后，电子受到的洛伦兹力大小为 D．A'面电势比A面电势高 【答案】D 【来源】江苏省扬州市宝应县汜水高级中学2023-2024学年高二下学期期末物理试题 【详解】ABC．电势差稳定后，电子受到的电场力与洛伦兹力平衡，可得 可得 导体板通过的电流 可得 则有 可知与h无关，与d成反比，故ABC错误； D．由题图可知，电流方向向右，电子的定向移动方向向左，由左手定则可知，电子受洛伦兹力方向向上，则导体板上表面带负电，下表面带正电，因此A面电势比面电势低，故D正确。 故选D。 5．(23-24高二下·安徽蚌埠·期末)利用霍尔元件可以测定地球赤道上方的地磁场强弱，如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁场垂直于霍尔元件的工作面向上，通入图示方向的电流I，C、D两侧面间会产生电势差，该电势差大小叫霍尔电压。下列说法中正确的是（　　） A．通电时间越长，霍尔电压越大 B．霍尔电压的大小仅与磁感应强度有关 C．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势 D．在霍尔元件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 【答案】C 【来源】安徽省蚌埠市2023-2024学年高二下学期期末学业水平监测物理试题 【详解】AB．根据CD间存在电势差，CD之间就存在电场，电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡状态，设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c，有 又 可得 U与时间无关，与材料有关还与厚度c成反比，同时还与磁场B与电流I有关，AB错误； C．根据左手定则，电子向D侧面偏转，D表面带负电，C表面带正电，所以C表面的电势高，则 即有 C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，让磁场垂直通过，D错误。 故选C。 6．(23-24高二下·福建福州八县（）协作校·期末)如图，通入电流为I的导体板放在磁感应强度为B的匀强磁场中，电流与磁场方向垂直时，导体板上、下表面间产生一定的电势差，这种现象称为霍尔效应。导体板中自由电子电荷量为e，导体板的宽度为d，厚度为h，下列说法正确的是（  ） A．上表面的电势高于下表面电势 B．保持电流I不变，仅增大d时，上下表面的电势差减小 C．保持电流I不变，仅增大h时，上下表面的电势差增大 D．电势差稳定后，电子受到的洛伦兹力大小为 【答案】B 【来源】福建省福州市八县（市）协作校2023-2024学年高二下学期期末联考物理试题 【详解】A．电子定向移动中受洛伦兹力向上，导体上表面带上负电，而下表面带正电，所以导体上表面的电势低于下表面电势，故A错误； BCD．电势差稳定后，电场力与洛伦兹力平衡，则有 得 导体中通过的电流为 得 与I成正比，与d成反比，保持电流I不变，仅增大d时，上下表面的电势差减小，故CD错误，B正确。 故选B。 7．(23-24高二下·北京石景山区·期末)笔记本电脑在合上及打开时，屏幕会自己熄灭及亮屏，这是因为其内部含有磁铁和霍尔传感器。霍尔传感器类似于如图装置，当合上屏幕时，屏幕上的磁铁N极会面向下并产生近似磁感应强度B=0.5T的匀强磁场，A、B为两个竖直放置且相距d=0.05mm的平行极板（足够长），并都连接在电脑内的电压传感器，一侧不断有电子（重力不计）以速度v=0.1m/s平行且从两极板中央射入，当监测到某一恒定电压值时，电脑就会熄屏。由此可知（　　） A．极板B带正电；当电压传感器监测到电压为2.5×10-3V时，电脑屏幕熄屏 B．极板B带负电；当电压传感器监测到电压为2.5×10-3V时，电脑屏幕熄屏 C．极板B带正电；当电压传感器监测到电压为2.5×10-3mV时，电脑屏幕熄屏 D．极板B带负电；当电压传感器监测到电压为2.5×10-3mV时，电脑屏幕熄屏 【答案】D 【来源】北京市石景山区2023-2024学年高二下学期期末考试物理试卷 【详解】根据左手定则，电子受到的洛伦力打在B极板，故B极板带负电。 当电路稳定后有 电场强度为 电压传感器监测到电压为 故选D。 磁流体发电机 1．(23-24高二下·广东汕尾·期末)磁流体发电是一项新兴技术， 它可以把物体的内能直接转化为电能，其原理如图所示。平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（含有大量带正、负电的粒子）射入磁场，两板间便产生电压，如果把板和用电器连接，板相当于一个直流电源的两个电极。不计重力、空气阻力和粒子间的相互影响，则下列说法正确的是（　　） A．图中板是发电机的正极 B．等离子体在运动过程中只受洛仑兹力的作用 C．只减小等离子体的速率，电路中的电流不变 D．只减小板的间距，电路中的电流增大 【答案】A 【来源】广东省汕尾市2023-2024学年高二下学期期末考试物理试题 【详解】AB．根据题意，由左手定则可知，正离子受指向B板的洛伦兹力，向B板偏转，B金属板相当于电源的正极，同理A板相当于电源的负极，这时等离子体将受到电场力的作用，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 解得 则当只减小等离子体的速率和只减小板的间距时，感应电动势减小，由 知电路中的电流减小，故CD错误。 故选A。 2．(23-24高二下·四川绵阳中学·期末)如图所示，两平行金属板A、B与电阻R相连，金属板间有一匀强磁场。现将一束等离子（含有大量等量正、负离子）垂直磁场喷入，下列说法正确的是（　　） A．A极板的电势高于B极板 B．R中有从b到a的电流 C．若只增大磁感应强度，R两端电压减小 D．若只增大两极板间距，R中电流不变 【答案】B 【来源】四川省绵阳中学2023-2024学年高二下学期期末模拟物理试卷 【详解】AB．等离子垂直磁场喷入，由左手定则可知正离子受洛伦兹力向下，则正离子打在下极板B上，带正电，则负离子打在上极板A上，带负电，因此A极板的电势低于B极板，可知R中有从b到a的电流，故A错误，B正确； CD．A极板带负电，B极板带正电，A、B两板间产生电场，则正负离子受电场力作用，当离子受洛伦兹力与电场力大小相等时，离子运动趋于稳定，则两极板间的电势差达到最大值为，则有 可得 可知若只增大磁感应强度，R两端电压增大。由闭合电路欧姆定律可得 可知若只增大两极板间距，R中电流增大，故CD错误。 故选B。 电磁流量计 1．(23-24高二下·北京房山区·期末)在实验室中有一种污水流量计，其工作原理图如图所示。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的液体的体积。空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，MN为管道壁上两点，下列说法正确的是（    ） A．M点的电势高于N点的电势 B．保证流速不变，当污水中离子浓度降低时，MN两点电压将减小 C．当磁感应强度B减小时，污水流速将减小 D．只需要测量磁感应强度B及MN两点电压U，就能够推算污水的流量 【答案】D 【来源】北京市房山区2023-2024学年高二下学期期末考试物理试卷 【详解】A．由左手定则可知，正离子受洛伦兹力向下，负离子受洛伦兹力向上，则M点的电势低于N点的电势，故A错误； B．根据 可得MN两点电压 则保证流速不变，当污水中离子浓度降低时，MN两点电压不变，故B错误； C．磁感应强度B不影响污水流速，故C错误； D．只需要测量磁感应强度B及MN两点电压U，可得污水流速 则推算污水的流量 故D正确。 故选D。 2．(23-24高二下·江西部分·期末)为监测某化工厂的污水（导电液体）排放量，某物理兴趣小组的同学在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计。该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为，左右两端开口。如图，在垂直于前、后两面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在上、下两个面分别固定有金属板M、N作为电极，V为理想电压表。当含有大量负离子的污水从左向右流经该装置时，下列说法正确的是（　　） A．M板的电势低于 N板的电势 B．若导电液体的流速为，M、N两电极间将产生电势差 C．若仅增大导电液体中离子的浓度，电压表示数将增大 D．若已知M、N 电极间的电势差为U，则液体流量为 【答案】B 【来源】江西省部分地区2023-2024学年高二下学期7月期末考试物理试题 【详解】A．根据左手定则可知，负电离子受到的洛伦兹力指向N板，故M板的电势高于N板的电势，故A错误； BD．若导电液体的流速为，根据受力平衡可得 解得 当电压表的示数为 U 时，液体流量为 联立解得 故B正确，D错误； C．根据 若仅增大导电液体中离子的浓度，电压表示数保持不变，故C错误。 故选B。 电磁感应的应用 1．(23-24高二下·江苏·期末)如图1所示，大功率家用电器的插头常配备漏电保护装置，工作原理如图2所示，其中“零序电流互感器”可视为闭合铁芯。正常用电时，火线和零线的电流等大反向；出现漏电时，快速响应电路能够在毫秒级的时间内检测到漏电并触发断路器，使触头弹起从而自动切断电源。下列说法中正确的是（　　） A．漏电保护装置利用的原理是互感现象 B．图2中零线应该置于互感器的外面，否则无法正常使用 C．正常用电时，M和N两点之间没有电压 D．出现漏电时，M和N两点之间没有电压 【答案】C 【来源】江苏省2023-2024学年高二下学期期末应考物理试题 【详解】ACD．若火线和零线电流始终等大反向，则穿过零序电流互感器的磁通量不发生变化，零序电流互感器无感应电动势，则与之构成闭合回路的断路器两端MN间无电压，但若发生漏电，则由火线、用电器、零线构成的闭合回路中，流经火线与零线的电流大小将不再相等，从而使穿过零序电流互感器的磁通量发生变化，产生感应电动势，触发断路器，使触头弹起从而自动切断电源，保护电路，即此时断路器两端MN间有电压，由此可知漏电保护装置应用了电磁感应的原理而不是利用互感，故C正确，AD错误； B．图2中若零线置于互感器的外面，则发生漏电时，零序电流互感器不能感应到通过火线的电流变化，因此互感器不能正常使用，只有零线与火线同在互感器里面，互感器通过感应相反电流产生的磁场是否变化从而做出反馈，因此图2中零线应该置于互感器的里面，故B错误。 故选C。 2．(23-24高二下·重庆主城区七校联考·期末)电吉他的工作原理简化示意图如图所示，琴身上装有线圈，线圈附近被磁化的琴弦振动时，会使线圈中的磁通量发生变化，从而产生感应电流，再经信号放大器放大后传到扬声器。则当图中琴弦向左远离线圈时（　　） A．线圈中不产生感应电流 B．穿过线圈的磁通量减小 C．琴弦受向左的安培力 D．线圈有收缩趋势 【答案】B 【来源】重庆市主城区七校联考2023-2024学年高二下学期期末物理试题 【详解】琴弦向左远离线圈时，穿过线圈的磁通量减小，线圈中产生感应电流，由“来拒去留”可知琴弦受到向右的安培力，由“增缩减扩”可知线圈有扩张趋势。 故选B。 3．(23-24高二下·甘肃临夏州·期末)如图甲所示为一种动圈式话筒的结构原理图，在膜片后面接有一个轻小的金属线圈，线圈处于永久磁体的磁场中。当声波使膜片前后振动时，就能将声音信号转变为低频电信号。图乙为一种纸盆式扬声器结构原理图，当线圈中通有低频信号电流时，能引起振动膜（纸盆）振动发声。下列说法正确的是（    ） A．动圈式话筒与纸盆式扬声器的线圈均处在匀强磁场中 B．动圈式话筒与纸盆式扬声器工作原理相同 C．增加线圈的匝数，话筒产生的电信号频率变大 D．纸盆式扬声器可以当话筒使用 【答案】D 【来源】甘肃省临夏州2023-2024学年高二下学期期末统考物理试卷 【详解】A．永久磁体周围的磁场不是匀强磁场，故动圈式话筒与纸盆式扬声器的线圈处在非匀强磁场中，故A错误； BD．对着动圈式话筒说话，声音使膜片振动，使线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，即将声信号转化为电信号，这是电磁感应现象，对于纸盆式扬声器，变化的电流经放大器放大后，通过扬声器的线圈，由于通电导线在磁场中受力的作用，故能使线圈在磁场中受力来回振动，带动纸盆也来回振动，扬声器就能够发声了，即将电信号转化为声信号，是利用磁场对电流有力的作用的原理，故动圈式话筒与纸盆式扬声器工作原理不同，纸盆式扬声器可以当话筒使用，故B错误，D正确； C．增加线圈的匝数，根据法拉第电磁感应定律可知，线圈产生的感应电动势增大，感应电流增大，话筒产生的电信号频率不变，故C错误。 故选D。 质谱仪 1．(23-24高二下·山东临沂·期末)某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，甲部分为粒子加速器，加速电压为；乙部分为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为，两板间距离为d，两板间电压为；丙为偏转分离器，磁感应强度为。今有一电荷量为q的正粒子（不计重力），从静止开始经加速后，该粒子恰能沿直线通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动。求： （1）粒子的比荷； （2）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R的大小。 【答案】（1）；（2） 【来源】山东省临沂市2023-2024学年高二下学期7月期末物理试题 【详解】（1）粒子先经过加速，电压为，速度大小为，由动能定理有 粒子恰能沿直线通过速度选择器，有 联立可得 ， （2）粒子在磁场中做匀速圆周运动，有 可得 2．(23-24高二下·北京怀柔区·期末)如图所示，一质量为m的带电粒子从容器A下方的小孔飘入、之间的加速电场，其初速度可视为0，加速后以速度v经小孔沿与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后垂直打到照相底片上的D点。已知到D点的距离L，不计粒子的重力，求： （1）粒子的比荷； （2）加速电场的电势差U； （3）粒子在磁场所受洛伦兹大小。 【答案】（1）；（2）；（3） 【来源】北京市怀柔区2023-2024学年高二下学期7月期末物理试题 【详解】（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动，有几何关系可知，半径为。洛伦兹力提供向心力 解得 （2）粒子在加速电场中，根据动能定理有 解得 （3）粒子在磁场所受洛伦兹力提供向心力，有 解得 3．(23-24高二下·福建福州八县（）协作校·期末)如图一质谱仪由加速器、速度选择器和磁分析器组成，其装置简化成如图所示。质量为m、带电量为q粒子由静止被加速电场加速后，以速度v进入速度选择器。速度选择器内存有相互正交的匀强磁场和匀强电场，其中电场强度大小为E、磁感应强度大小未知；通过速度选择器后，粒子从O点垂直于磁场边界SP的方向进入磁分析器，最后离子击中磁场边界上的P点。磁分析器分布着向外的匀强磁场，磁感应强度大小为；不计粒子重力。求： （1）加速电场的电压； （2）速度选择器中匀强磁场磁感应强度大小； （3）磁分析器中O、P两点间的距离d。 【答案】（1）；（2）；（3） 【来源】福建省福州市八县（市）协作校2023-2024学年高二下学期期末联考物理试题 【详解】（1）根据题意，粒子在加速电场中，由动能定理有 解得 （2）粒子在速度选择器中，则有 解得 （3）粒子在磁分析器中有 则有 4．(23-24高二下·北京大兴区·期末)质谱仪的工作原理示意图如图所示，它由速度选择器和有边界的偏转磁场构成。速度选择器由两块水平放置的金属板构成，两金属板分别与电源的两极相连，两金属板间匀强电场的场强大小为E、匀强磁场的磁感应强度大小为B1，方向垂直纸面向里。偏转磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为B2，方向垂直纸面向外。一束带正电的电量为q的粒子从狭缝O1射入，恰能沿直线通过速度选择器，从磁场边界上的O2点垂直磁场方向射入偏转磁场，经历半个圆周打在照相底片上的A点，测得O2和A 点之间的距离为L。粒子所受重力及粒子间的相互作用均可忽略。 （1）判断速度选择器的上、下两金属板哪端应接电源正极？求带电粒子从速度选择器射出时的速度大小； （2）求带电粒子的质量m； （3）另外一束带电量相同的粒子也从狭缝O1射入，保持装置的其他条件不变，粒子最终打在照相底片上的C点，O2和C点之间的距离大于L。比较这两束粒子，你能得到哪些结论？并阐述理由。 【答案】（1）上金属板；；（2）；（3）见解析 【来源】北京市大兴区2023-2024学年高二下学期7月期末物理试题 【详解】（1）因为该粒子在金属板间做匀速直线运动，可以判断出带电粒子所受电场力与洛伦兹力方向相反、大小相等。所以上金属板应接电源的正极。 由 解得 （2）带电粒子在偏转磁场中做匀速圆周运动，设圆周运动的半径为，根据牛顿第二定律 又 解得 （3）可得到的结论： ①两束带电粒子都带正电荷。理由：根据左手定则判定两束带电粒子在偏转磁场点的受力方向都由点指向A点。 ②两束带电粒子的速度大小相等。理由：只有速度的带电粒子才能沿直线过速度选择器。 ③打在点的带电粒子的质量大于打在A点的带电粒子的质量。理由：带电粒子质量，可知越大质量越大。 5．(23-24高二下·福建厦门·期末)某“双聚焦分析器”质谱仪工作原理如图所示，加速器中加速电压为U，静电分析器中有辐向电场，即与圆心等距各点的电场强度大小相同，方向指向圆心。磁分析器中以为圆心、圆心角为90°的扇形区域内，分布着方向垂直于纸面向里的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行。离子源逸出初速度为0、质量为m、电荷量为q的正离子，经加速电场加速后，从M点垂直于进入静电分析器，沿半径为R的圆弧轨道做匀速圆周运动，后从N点射出，然后离子由P点垂直于射入磁分析器中，最后离子垂直从Q点射出。已知，，不计离子重力及离子间相互作用。 （1）求离子从加速器射出时速度v的大小； （2）求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小： （3）若离子源逸出初速度为0、比荷不同的正离子，求能从磁场区域上边界出射的离子比荷k的范围。 【答案】（1）；（2）；（3） 【来源】福建省厦门市2023-2024学年高二下学期期末质量检测物理试题 【详解】（1）离子经电场直线加速，由动能定理 解得 （2）离子在静电分析器中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有 联立解得 （3）离子在磁分析器中做匀速圆周运动，由题意可知，圆周运动的轨道半径d，根据牛顿第二定律，有 解得 设在上某点出射的离子电荷量为，质量为，在磁场中运动的轨道半径为r，则 在磁场中有 在电场中有 可得 由此可知离子的比荷与运动半径的平方成反比，当离子运动半径最小时，比荷最大，当离子运动半径最大时，比荷最小。作出符合条件的离子的运动轨迹如图所示。 ①在处被检测到的离子的运动半径最小，离子的比荷最大。设此离子的运动半径为，由几何关系可知 由 可得离子比荷的最大值为 ②在T处被检测到的离子的运动半径最小，离子的比荷最大，设此离子的运动半径为，由几何关系可知 解得 由 可得离子比荷的最小值为 因此，范围为 6．(23-24高二下·重庆部分区·期末)如图所示为质谱仪的原理图，由加速电场、速度选择器和偏转磁场组成。在速度选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场。偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场。一电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过加速电场加速后，进入速度选择器，并能沿直线穿过速度选择器，从A点垂直于MN进入偏转磁场。带电粒子经偏转磁场后，最终到达底片的C点。已知加速电场的电势差为U、速度选择器中的电场方向水平向右，场强大小为E，偏转磁场的磁感应强度为B2，带电粒子的重力忽略不计。求： （1）粒子从加速电场射出时速度的大小； （2）速度选择器中匀强磁场的磁感应强度的大小； （3）A点到C点的距离。 【答案】（1）；（2）；（3） 【来源】重庆市部分区2023-2024学年高二下学期期末联考物理试题 【详解】（1）粒子经过加速电场过程，根据动能定理可得 解得粒子从加速电场射出时速度的大小为 （2）设速度选择器中匀强磁场的磁感应强度大小为，根据受力平衡可得 解得 （3）粒子进入偏转磁场中，由洛伦兹力提供向心力得 解得 则A点到C点的距离为 7．(23-24高二下·广西桂林·期末)质谱仪是一种可以测定微观粒子比荷（即荷质比）的仪器，某种质谱仪工作原理如图所示。粒子源发出初速度为零的氕核经加速电场（已知加速电压为）加速后，从点垂直进入四分之一圆形磁场分析器，磁场分析器中有垂直于纸面向外的匀强磁场（图中未画出）。已知氕核在磁场区域运动一定时间后恰好垂直于磁场下边界从点射出，，氕核的电荷量为，质量为，不计氕核重力，求： （1）氕核进入磁场分析器中速度的大小； （2）磁场分析器中磁感应强度大小； （3）现有一未知粒子（不计重力）经相同电场加速后，从点垂直进入磁场，并从点离开，测得，求未知粒子的比荷。 【答案】（1）；（2）；（3） 【来源】广西桂林市2023-2024学年高二下学期期末考试物理试卷 【详解】（1）氕核进入磁场前经加速电场加速，由动能定理有 解得 即氕核进入磁场分析器中速度的大小为。 （2）根据题意，由几何关系可知，氕核进入磁场后，做圆周运动的半径为 又有 解得 （3）设未知粒子的质量为，电荷量为，在磁场中做圆周运动的半径为，由几何关系有 解得 结合（2）分析可得 联立解得 回旋加速器 1．(23-24高二下·广东中山·期末)回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的D形金属盒半径为，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过狭缝的时间可忽略不计，磁感应强度为的匀强磁场与盒面垂直，A处粒子源产生的粒子质量为，电荷量为，在加速器中被加速。设粒子初速度为零，高频交流电压为，加速过程中不考虑重力作用和相对论效应，则（    ） A．增大加速电压，粒子达到最大动能所用时间减少 B．增大加速电压，粒子的最大动能增加 C．增大磁感应强度，若该粒子仍能正常加速，则交变电流的频率增大 D．增大磁感应强度，并使粒子正常加速，粒子的最大动能不变 【答案】AC 【来源】广东省中山市2023-2024学年高二下学期7月期末统考物理试卷 【详解】A．因粒子达到最大动能 最大动能是一定的，则增大加速电压，粒子被加速的次数较小，则达到最大动能所用时间减少，选项A正确； B．根据 可知粒子的最大动能与加速电压U无关，选项B错误； C．根据 可知，增大磁感应强度B，若该粒子仍能正常加速，则交变电流的频率增大，选项C正确； D．根据 增大磁感应强度B，并使粒子正常加速，粒子的最大动能变大，选项D错误。 故选AC。 2．(23-24高二下·广东深圳龙岗区·期末)回旋加速器的工作原理如图所示。和是真空中两个中空的半圆形金属盒，它们之间接电压大小恒定、频率为f的交流电源。A处的粒子源释放初速度为零的带电粒子，在两盒之间被电场加速，两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，粒子在磁场中做匀速圆周运动。保持磁场不变，用该加速器分别加速氘核（）和氦核（），下列说法正确的有（　　） A．交流电源的频率 B．交流电源的频率 C．获得的最大速度 D．获得的最大速度 【答案】BC 【来源】广东省深圳市龙岗区2023-2024学年高二下学期7月期末考试物理试题 【详解】AB．为了保证带电粒子每次加入电场都能被加速，交流电源的周期应该与带电粒子在磁场中运动的周期相同。由洛伦兹力提供向心力有 得 所以氘核和氦核的在磁场运动周期比为1:1。由 所以交流电源的频率 故A错误，B正确； CD．当粒子从加速器出来时，速度最大，由上知 得 获得的最大速度 故C正确，D错误。 故选BC。 3．(23-24高二下·江苏常州·期末)2023年中科院的医用重离子加速器研发及产业化团队获第三届全国创新争先奖牌．回旋加速器可作为重离子加速器的注入器，其工作原理如题1图所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间狭缝的宽度为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，被加速离子的质量为m、电荷量为＋q，加在狭缝间的交变电压如题2图所示，周期，U0未知．一束该种离子在t＝0～时间内从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零．假设能从D形盒出射的离子每次经过狭缝均做匀加速直线运动，不考虑重力、离子间相互作用及相对论效应，离子在狭缝中的运动时间不能忽略． （1）求出射离子的动能Ekm； （2）若离子第2次与第4次加速轨迹间距为x，求第4次加速后粒子速度大小v4； （3）要使飘入狭缝的离子中有超过60%能射出，求U0应满足的条件． 【答案】（1）；（2）；（3） 【来源】江苏省常州市2023-2024学年高二下学期期末物理试卷 【详解】（1）离子半径为时，有 且 得 （2）如图所示为离子被加速过程示意图，可知离子第2次与第4次加速轨迹间距为 离子被加速2次有 离子被加速3次有 离子第2次与第4次加速轨迹间距为 离子被加速4次有 联立解得 （3）离子被加速次达到，则 离子在狭缝间做匀加速运动，设次经过狭缝的总时间为，有 只有在时间内飘入的离子才能每次均被加速，则所占的比例为 由 解得 4．(22-23高二下·陕西渭南大荔县·期末)加速器在核物理和粒子物理研究中发挥着巨大的作用，回旋加速器是其中的一种。如图是某回旋加速器的结构示意图，和是两个中空的、半径为R的半圆型金属盒，两盒之间窄缝的宽度为d，它们之间有一定的电势差U。 两个金属盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。盒的中央A处的粒子源可以产生质量为m、电荷量为+q的粒子，粒子每次经过窄缝都会被电场加速，之后进入磁场做匀速圆周运动，经过若干次加速后，粒子从金属盒边缘离开，忽略粒子的初速度、粒子的重力、粒子间的相互作用及相对论效应。求： （1）粒子离开加速器时获得的动能； （2）粒子在电场中被加速的次数N； （3）若该回旋加速器金属盒的半径，窄缝的宽度，求粒子从A点开始运动到离开加速器的过程中，其在磁场中运动时间与在电场中运动时间之比。（结果保留两位有效数字）    【答案】（1）；（2）；（3） 【来源】陕西省渭南市大荔县2022-2023学年高二下学期期末质量检测物理试题 【详解】（1）粒子从金属盒D1边缘离开，由洛伦兹力提供向心力可得 解得粒子的最大速度为 则粒子离开加速器时获得的动能为 （2）设粒子在电场中被加速次，由动能定理可得 解得 （3）设粒子在磁场中运动时间为，在电场中运动时间为；在磁场中，由洛伦兹力提供向心力可得 运动周期为 运动时间为 联立可得 在电场中，粒子一直做匀加速运动，则有 联立可得 则粒子在磁场中运动时间与在电场中运动时间之比为 5．(22-23高二下·江苏南京南京汉开书院高中部·期末)加速器在核物理和粒子物理研究中发挥着巨大的作用，回旋加速器是其中的一种。图1为回旋加速器的工作原理图。和是两个中空的半圆金属盒，分别和一高频交流电源两极相连。两盒处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面位于盒圆心附近的A处有一个粒子源，产生质量为m、电荷量为的带电粒子。不计粒子的初速度、重力和粒子通过两盒间的缝隙的时间，加速过程中不考虑相对论效应。 （1）求所加交流电源的频率f； （2）若已知半圆金属盒的半径为R，请估算粒子离开加速器时获得的最大动能； （3）某同学在分析带电粒子运动轨迹时，画出了如图2所示的轨迹图，他认为相邻轨迹间距是相等的。请通过计算分析该轨迹是否合理。    【答案】（1） ；（2）；（3）不合理 【来源】江苏省南京市南京汉开书院高中部2022-2023学年高二下学期期末物理试题 【详解】（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动，则有 ， 解得 由于要使粒子在加速器中同步加速，交流电的变化周期与粒子圆周运动的周期相等，则 （2）可知，加速器圆周运动的最大半径为R，则有 粒子离开加速器时获得的最大动能 解得 （3）根据上述有 ， 电场中加速过程有 ， 相邻轨迹间距为 解得 可知，相邻轨迹间距不相等，则该轨迹不合理。 霍尔元件 1．(23-24高二下·浙江温州环大罗山联盟·期末)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，当磁场靠近霍尔元件时，在导体前后表面间出现电势差（前表面的电势低于后表面的电势）。下列说法中错误的是（　　） A．图乙中霍尔元件的载流子带负电 B．若电流I变大，则霍尔电势差变大 C．自行车的车速越大，则霍尔电势差越大 D．若传感器的电源输出电压变大，则霍尔电势差变大 【答案】C 【来源】浙江省温州市环大罗山联盟2023-2024学年高二下学期6月期末物理试题 【详解】A．由题意可知，前表面的电势低于后表面的电势，结合左手定则可知，霍尔元件的电流I是由负电荷定向运动形成的，A正确，不符合题意； BC．根据 解得 由电流的微观定义式 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 可知霍尔电压与车速大小无关，若电流I变大，则霍尔电势差变大，B正确，不符合题意；C错误，符合题意； D．由公式 可知若传感器的电源输出电压变大，那么电流I变大，则霍尔电势差将变大，D正确，不符合题意； 故选C。 2．(23-24高二下·甘肃酒泉·期末)如图所示，矩形薄片霍尔元件处于与薄片垂直、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。当元件通有大小为I，方向如图所示的电流时，在M、N间出现霍尔电压UH。已知薄片内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，薄片的厚度为d，M、N间距离为L1，P、Q间距离为L2，则下列说法正确的是（　　） A．形成电流的电子定向移动方向为P→Q B．M表面电势低于N表面电势 C．自由电子定向移动的速度大小为 D．元件内单位体积内自由电于数为 【答案】BC 【来源】甘肃省酒泉市2023-2024学年高二下学期7月期末物理试题 【详解】A．电子定向移动方向与电流方向相反，应为，故A错误； B．由左手定则知，电子向M表面偏转，M表面电势低于N表面电势，故B正确； C．稳定时，洛仑兹力与电场力平衡，有 解得 故C正确； D．根据电流微观表达式 联立解得 故D错误。 故选BC。 3．(23-24高二下·福建厦门·期末)石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格结构新材料，具有丰富的电学性能。现设计一电路测量某二维石墨烯样品单位面积的载流子（电子）数。如图所示，在长为a，宽为b的石墨烯表面加一垂直向里的匀强磁场，磁感应强度为B，电极1、3间接入恒压直流电源、稳定时电流表示数为I，电极2、4之间的电压为U，已知电子电荷量为e，则（　　） A．电极2的电势比电极4的低 B．电子定向移动的速率为 C．电极2和4之间的电压与宽度b无关 D．二维石墨烯样品单位面积的载流子数为 【答案】ACD 【来源】福建省厦门市2023-2024学年高二下学期期末质量检测物理试题 【详解】A．根据左手定则，可知电子在洛伦兹力作用下向电极2所在一侧偏转，所以电极2的电势比电极4的低。故A正确； B．当电子稳定通过样品时，其所受电场力与洛伦兹力平衡，则有 解得 故B错误； C．设样品每平方米载流子(电子)数为n，电子定向移动的速率为v，则时间t内通过样品的电荷量 q=nevtb 根据电流的定义式得 联立，解得 即电极2和4之间的电压与宽度b无关。故C正确； D．根据C选项分析可知二维石墨烯样品单位面积的载流子数为 故D正确。 故选ACD。 4．(23-24高二下·福建福州·期末)共享电动单车大大方便了市民出行，骑行者通过拧动手把来改变车速，手把内部结构如图（甲）所示，其截面如图（乙）所示。稍微拧动手把，霍尔元件保持不动，磁铁随手把转动，与霍尔元件间的相对位置发生改变，穿过霍尔元件的磁场强弱和霍尔电压大小随之变化。已知霍尔电压越大，电动车能达到的最大速度越大，霍尔元件工作时通有如图（乙）所示的电流I，载流子为电子，则（    ） A．霍尔元件下表面电势高于上表面 B．霍尔元件下表面电势低于上表面 C．从图（乙）所示位置沿a方向稍微拧动手把，可以增大 D．提速过程，洛伦兹力对运动电子做正功 【答案】AC 【来源】福建省福州市2023-2024学年高二下学期期末联考物理试题 【详解】AB．霍尔元件工作时载流子为电子，由左手定则可知电子所受洛伦兹力指向上表面，所以霍尔元件下表面电势高于上表面，故A正确，B错误； C．设霍尔元件上、下表面的距离为d，可得 解得 依题意 从图乙所示位置沿a方向稍微拧动手把，则穿过霍尔元件的磁场增强，vm增大，故C正确； D．磁场对电子的洛伦兹力在任何情况下都不做功，故D错误。 故选AC。 磁流体发电机 1．(22-23高二下·新疆阿勒泰·期末)目前世界上正研究的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）沿垂直于磁场方向喷射入磁场，磁场中的两块金属板A、B上就会聚集电荷，产生电压对外供电。设等离子体的射入速度为v，两金属板的板长为L，板间距离为d，匀强磁场的磁感应强度为B，负载电阻为R，等离子体充满两板间的空间，不考虑等离子体的电阻。当发电机稳定发电时，下列说法正确的是（　　）    A．A板带正电 B．负载电阻中的电流方向为b向a C．负载电阻中的电流大小为 D．负载电阻中的电流大小为 【答案】BC 【来源】新疆阿勒泰地区2022-2023学年高二下学期期末物理试题 【详解】AB．根据左手定则可知带正电离子在磁场受到的洛伦兹力向下，带负电离子在磁场受到的洛伦兹力向上，则B板积累正离子，A板积累负离子，B板带正电，A板带负电，负载电阻中的电流方向为b向a，故A错误，B正确； CD．设A、B板间的电压为，稳定时，离子受到的电场力与洛伦兹力大小相等，则有 解得 则负载电阻中的电流大小为 故C正确，D错误。 故选BC。 2．(23-24高二下·重庆七校联盟·期中)污水流量计用于检测学校排污情况，其由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口。在垂直于上、下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板。污水充满管口从左向右流经该装置时，理想电压表将显示前后两面的电压U。若用Q表示污水流量（单位时间内流过管道横截面的流体体积），则（　　） A．后表面电势比前表面电势低 B．电压表的示数U与污水中离子浓度有关 C．污水流量Q与电压表的示数U成正比 D．污水流量Q与a、b有关 【答案】C 【来源】重庆市七校联盟2023-2024学年高二下学期半期联合考试物理试题 【详解】A．正、负离子向右运动，受到洛伦兹力作用，根据左手定则，正离子向后表面偏转，负离子向前表面偏转，所以后表面比前表面电势高，故A错误； B．最终正负离子所受电场力和洛伦兹力处于平衡，有 即 则 即电压表的示数与污水中离子浓度无关，故B错误； CD．污水流量Q为单位时间内排出的污水体积，则 可知Q与U成正比，与a、b无关，故C正确，D错误。 故选C。 电磁流量计 1．(22-23高二下·山东临沂·期末)电磁流量计是随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。主要有直流式和感应式两种。如图所示直流式电磁流量计，外加磁感应强度为B的水平匀强磁场垂直于管轴，在竖直径向a、b处装有两个电极，用来测量含有大量正，负离子的液体通过磁场时所产生的电势差大小U。液体的流量Q可表示为，其中d为管道直径，k为修正系数，用来修正导出公式时未计及的因素（如流量计管道内的流速并不均匀等）的影响。那么A应该为（　　）    A．恒定常数 B．管道的横截面积 C．液体的流速 D．液体中单位时间内流过某一横截面的电荷量 【答案】B 【来源】山东省临沂市2022-2023学年高二下学期期末物理试题 【详解】由图可知，含有大量正，负离子的液体从入口进入管道，根据左手定则可知，带正电的离子向上偏转，带负电的离子向下偏转，当显示器的示数稳定时，则在管道内形成向下的匀强电场，则有 而 流量 联立解得 所以式中的A应该为管道的横截面积。 故选B。 2．(22-23高二下·重庆康德联考·期末)如图所示，将非磁性材料制成的直径为d的圆管置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，当含有大量正、负离子的导电液体以速率v从管中由左向右流过磁场区域时，测得管壁上、下两侧的M、N两点之间有电势差UMN。设定管中各处的液体流速相同，忽略离子重力影响，则（   ）    A． B． C． D． 【答案】A 【来源】重庆市康德联考2022-2023学年高二下学期6月期末物理试题 【详解】根据左手定则可知M端积累正离子，再根据得 故选A。 3．(23-24高二下·广东东莞·期末)为了诊断病人的心脏功能和动脉中血液黏滞情况，可使用电磁流量计测量血管中血液的流速和流量。如图所示是电磁流量计测量血管中血液流速的示意图，血管中存在着大量正负离子水平向左定向流动，现使血管处于磁感应强度为的匀强磁场中，测得血管两侧电压为。已知血管的直径为，假定血管中各处液体的流速稳定时恒为，忽略重力影响，则（　　） A．血管中水平向左运动的正离子所受洛伦兹力垂直纸面向上 B．处电势比处电势低 C．流速稳定时，血管两侧电压为 D．流速稳定时， 【答案】BC 【来源】广东省东莞市2023-2024学年高二下学期7月期末物理试题 【详解】A．根据左手定则可得，血管中水平向左运动的正离子所受洛伦兹力在纸面内向下，故A错误； B．根据左手定则可知，正电粒子向下偏转，所以b处电势比a处电势高，故B正确； CD．当电场力等于洛伦兹力 时，达到平衡，此时 即 故C正确，D错误。 故选BC。 4．(23-24高二下·山东淄博·期末)为了无损测量有污染废弃导电液体的流量，常用到一种电磁流量计，如图甲所示。其原理可以简化为如图乙所示模型：液体从管右侧流入，左侧流出，流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积。已知管的直径为d，匀强磁场垂直纸面向外，磁感应强度为B，管中各处液体的流速均相同，测出管壁上M、N两点的电势差为U，下列说法正确的是（    ） A．M点的电势高于N点的电势 B．稳定后液体的流速 C．电磁流量计也可以用于测量不导电的液体的流速 D．液体流量 【答案】AD 【来源】山东省淄博市2023-2024学年高二下学期期末考试物理试题 【详解】A．根据左手定则可知正电荷向聚集，负电荷向聚集，则M点的电势高于N点的电势，故A正确； B．稳定后，电场力等于洛伦兹力，有 可得 故B错误； C．不导电的液体里面没有带电粒子，所以电磁流量计不可以用于测量不导电的液体的流速，故C错误； D．液体流量 故D正确。 故选AD。 5．(22-23高二下·广东梅州·期末)在医院中需要用到血流计检测患者身体情况，血流计原理可以简化为如图所示模型，血液内含有少量正、负离子，从直径为d的血管右侧流入，左侧流出，流量值Q等于单位时间内通过横截面的液体体积。空间有垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，稳定后，测出M、N两点之间电压U。下列说法正确的是（　　）    A．离子所受洛伦兹力方向由M指向N B．M点的电势低于N点的电势 C．正负离子达到稳定状态时，可得流速 D．血液流量 【答案】BCD 【来源】广东省梅州市2022-2023学年高二下学期期末物理试题 【详解】AB．根据左手定则，正离子所受洛伦兹力方向由M指向N，负离子所受洛伦兹力方向由N指向M，M点的电势低于N点的电势，故A错误，B正确； C．正负离子达到稳定状态时，有 可得流速 故C正确； D．血液流量为 故D正确。 故选BCD。 5．(22-23高二下·四川乐山·期末)图1为电磁流量计是一种应用电磁感应现象来测量导电流体流量的一种仪器，图2是简化的工作场景。已知在直径为d的圆形导管区域外加一垂直纸面向外的匀强磁场B，管中导电液体以水平向左的速度v0流过磁场区域，稳定后电压表测出MN两端间的电压大小为U，则（　　）    A．洛伦兹力对导电液体中的离子做正功 B．管壁M侧电势高于N侧 C．仅增大导电液体流速，U值会增大 D．仅增大磁感应强度B，U值不变 【答案】BC 【来源】四川省乐山市2022-2023学年高二下学期期末教学质量检测物理试题 【详解】A．洛伦兹力与导电液体中离子的运动方向垂直，故不做功，故A错误； B．根据左手定则可知，受洛伦兹力作用正离子向管璧M侧运动，负离子向向管璧N侧运动，故管璧M侧电势高于N侧，故B正确； CD．稳定后，对离子受力分析得 整理得 故仅增大导电液体流速和仅增大磁感应强度B，都会使U值增大，故C正确，D错误。 故选BC。 6．(22-23高二下·新疆巴音郭楞蒙古和硕县中学·期末)武汉的病毒研究所是我国防护等级最高的P4实验室，在该实验室中有一种污水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的液体的体积。流量计所在空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，下列说法正确的是（    ）    A．N点的电势高于M点的电势 B．M、N两点间的电势差与废液的流量值成反比 C．污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速 D．若污水流量减小，可通过增大磁感应强度B的大小以保证M、N间电势差不变 【答案】AD 【来源】新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州和硕县中学2022-2023学年高二下学期6月期末物理试题 【详解】A．根据安培左手定则可知，正离子向N侧偏转，负离子向M侧偏转，所以N点的电势高于M点的电势，故A正确； BD．当电磁流量计中的流量稳定时污水中的粒子在圆柱中做匀速直线运动，粒子所受的电场力和洛伦兹力平衡，由此可得 解得 U=Bvd 由此可知污水中离子浓度对MN两点间电压无影响；污水流速v增大时，根据流量的计算公式可得 变形得 MN两点电势差U与废液的流量值成正比，污水流量减小，可通过增大磁感应强度B的大小以保证M、N间电势差不变，故B错误，D正确； C．污水流量计的原理是带电粒子所受电场力和洛伦兹力平衡，因此污水流量计不能测量不带电液体的流速，故C错误。 故选AD。 电磁感应的应用 1．(23-24高二下·浙江金华·期末)某物理兴趣小组设计了一个电流天平，如图甲所示：“E”形磁铁的两侧为极，中心为极，磁极之间的磁场是沿半径向外的辐向磁场，磁场只分布在图乙左右各的范围内，距离中心处的磁感应强度大小为（为已知常数）；一半径为的圆形线圈，套在一个绝缘框架上，与上方的秤盘连为一体，线圈两端与外电路连接，秤盘与之间连接一轻质弹簧。当把待测重物放在秤盘上时，秤盘和线圈一起向下运动，弹簧被压缩，随后通过两端对线圈供电，使秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，由此时对应的供电电流便可确定重物的质量。已知线圈匝数为，电阻为，弹簧劲度系数为，秤盘框架和线圈的总质量为，空气阻力忽略不计，分析以下问题： （1）外电路对线圈供电时，电流要从端还是端流入? 若供电的电流强度为，每一匝线圈受到安培力的长度为多少？待测物体的质量是多大？ （2）图丙是一备用线圈，材料、匝数与线圈完全相同，但半径比线圈的半径要大，当使用备用线圈测量物体质量时，通过计算说明测量值会发生怎样的变化？（“偏大”、“偏小”还是“不变”） （3）如果把供电电源撤去、重物取走，将线圈两端短接，待秤盘静止后，再将质量为的重物轻轻置于秤盘上，秤盘会做阻尼振动，振动图像如图丁所示，为已知，求： ①从把的重物轻轻放秤盘上到最终秤盘停止运动，线圈中产生的焦耳热；（已知弹簧的弹性势能为弹簧的劲度系数，为弹簧的形变量。） ②时间内安培力的冲量大小。时刻时刻 【答案】（1）见解析；（2）不变；（3）①；② 【来源】浙江省金华市2023-2024学年高二下学期6月期末物理试题 【详解】（1）当线圈通电后在磁场中受到安培力作用，结合题意，安培力方向应该向上，所以由左手定则可以判断，电流应从端流入；每匝线圈在磁场中受安培力的有效长度为， 由平衡条件得 将代入上式可得 （2）设备用线圈在距离极中心处磁感应强度为，有 由 可得 与线圈半径无关，故测量值不变。 （3）①没放重物时，弹簧的压缩量 最终静止时，弹簧的压缩量 由能量守恒定律得 联立得 ②安培力的冲量大小为 平均电流 时间内线圈向上运动的位移为 联立以上各式 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$