课时跟踪检测（四十八）复合场在现代科技中的应用（练习）-【创新方案】2026年高考物理一轮复习（江苏北京）

课时跟踪检测（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<vb，B错误；a粒子的速度小于b粒子的速度，两粒子电荷量相同，故a粒子受到的洛伦兹力小于b粒子受到的洛伦兹力，C错误；a粒子的运动时间ta=Ta=，b粒子的运动时间tb=Tb=，又ma>mb，则ta>tb，D正确。 3.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成反比 D.霍尔电压U与厚度h有关 解析：选A　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、C错误；由I=nehdv，联立解得U=，则霍尔电压U与厚度h无关，D错误。 4.(2023·广东高考)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.武汉病毒研究所内的实验室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如图甲所示，其原理可以简化为如图乙所示模型：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，空间有垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，下列说法正确的是 (　 ) A.图乙中M点的电势高于N点的电势 B.正、负离子所受洛伦兹力方向相同 C.只需要测量M、N两点间电压就能够推算废液的流量 D.当污水中离子浓度降低，M、N两点间电压将减小 解析：选C　根据左手定则，带正电荷的离子受到向下的洛伦兹力，带负电荷的离子受到向上的洛伦兹力，所以M点的电势低于N点的电势，A、B错误；废液流速稳定后，离子受力平衡，有qvB=q，解得U=Bdv，M、N两点间电压与污水中离子浓度无关，废液流量Q=vS，S=π，解得Q=，故只需要测量M、N两点间电压就能够推算废液的流量，C正确，D错误。 6.直放式电流传感器(开环式)工作原理如图所示。在通电直导线外套上一个留有气隙的开放磁芯(图1)，由于磁芯的作用，气隙处的磁场视为匀强磁场，其磁感应强度的大小与流过导线的电流成正比。现在气隙间放入载流子为电子的霍尔元件，霍尔元件上下表面垂直于磁感线(图2)，并接入图示电路(图3)。下列说法正确的是 (　 ) A.传感器的电源对电压表示数没有影响 B.图3中霍尔元件感受到的磁场是由流经电流表中电流产生的 C.保持电流表示数不变，电压表示数越大，说明通电直导线电流越小 D.若图3中霍尔元件前表面电势高于后表面，则图2中通电直导线电流垂直于纸面向里 解析：选D　设霍尔元件前表面与后表面间距为d，霍尔元件上表面与下表面间距为h，霍尔元件单位体积内的电子数为n，电压表示数为U，电流表示数为I，霍尔元件处的磁感应强度为B，则I=nehdv，e=evB，解得B=U，传感器的电源影响电流表的示数I，从而影响电压表的示数，对电压表示数有影响，保持电流表示数不变，电压表示数越大，说明霍尔元件处的磁场越强，通电直导线电流越大，霍尔元件感受到的磁场是由通电直导线中的电流产生的，故A、B、C错误；若题图3中霍尔元件前表面电势高于后表面，则电子偏向后表面，根据左手定则可知，霍尔元件处的磁场方向向下，根据安培定则可知，题图2中通电直导线电流垂直于纸面向里，故D正确。 7.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<v2-v1，所以P1P2大于P2P3，故D错误。 8.(2024·湖北高考，改编)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，极板间的电压减小 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A　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、C、D错误。 9.(2025·无锡模拟)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。 10.(2025·南通模拟)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。 11.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。 12.(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。 1 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $$