(20)质谱仪、回旋加速器、带电粒子在组合场和复合场中的运动-【衡水金卷·先享题】2026年高考物理一轮复习周测卷（J）

高三一轮复习40分钟周测卷/物理 (二十)质谱仪、回旋加速器、带电粒子在组合场和复合场中的运动 (考试时间40分钟，满分100分) 一、单项选择题（本题共8小题，每题8分，共64分。每题只有一个选项最符合题意） 1.某化工厂的排污管末端安装有如图所示的电磁流量计。流量计处于方向竖直向下的匀强磁场 中，其测量管由绝缘材料制成，长为L、直径为D,左、右两端开口，在前、后两个内侧面α、c固定 有金属板作为电极。当充满管口的污水（含有大量的正、负离子）从左向右流经该测量管时，稳 定后、c两端的电压为U,显示仪器显示污水流量为Q(单位时间内排出的污水体积)，不计离子 重力。下列说法正确的是 A匀强磁场的磁感应强度大小为设 B.a端电势比c端电势低 C.污水中离子浓度越高，显示仪器的示数越大 D.污水流量Q与U成正比，与L、D无关 2.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A、B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（含有大量带正、负电的离子）射入磁场，A、B 两板间便产生电压，如果把A、B两板和用电器连接，A、B两板相当于直流电源的两个电极。不 计重力、空气阻力和粒子间的相互作用力，下列说法正确的是 A.图中A板是电源的正极 N B.该电源内的非静电力为洛伦兹力 C.外电路两端的电压即为电源电动势 B 等离子体 D.只减小A、B两板的间距，电源电动势将增大 3.如图所示，一带电液滴在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中刚好做匀速圆周运动，其轨道半径 为R,已知电场的电场强度大小为E、方向竖直向下，磁场的磁感应强度大小为B、方向垂直纸面 向里，不计空气阻力，重力加速度为g,则下列说法正确的是 A.液滴沿逆时针方向转动 B.液滴的机械能守恒 C.液滴受重力、电场力、洛伦兹力和向心力 D.液滴运动的速度大小为BR 4.如图所示，空间内存在着方向垂直于纸面向外的匀强磁场和水平向右的匀强电场，一质子从A 点由静止释放，沿图示轨迹依次经过C、D两点。已知A、D两点在同一等势面上，C点在轨迹的 最右端，不计质子重力，下列说法正确的是 物理第1页（共4页） 衡水金卷·先享题·高三一 A.质子从C点到D点，电场力做正功 B.D点的电势低于C点的电势 B· C.质子从A点到C点，洛伦兹力不做功 D.质子在A点所受的合力大于在D点所受的合力 5.为粗略了解等离子体在托卡马克环形真空室内的运动状况，如图所示，某同学将一小段真空室 内的电场和磁场理想化为方向均水平向右的匀强电场和匀强磁场，电场强度大小为E,磁感应 强度大小为B。若某电荷量为q的正离子在此电场和磁场中运动，其速度平行于磁场方向的分 量大小为1，垂直于磁场方向的分量大小为2，不计离子重力，则下列说法正确的是 A.电场力的瞬时功率为qE√0十喝 2 B.该离子受到的洛伦兹力大小不变 C.v2与1的比值不断变大 D.该离子做匀变速曲线运动 6.如图所示为质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速后进入速度选择器，速度选择器内有相 互正交的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度大小和场强大小分别为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A1A2,平板S下方有磁感应强度大小为B。的匀强磁 场。不计带电粒子的重力，下列说法正确的是 A.图示质谱仪中的粒子带负电 加速电场— 速度选择器 B.能通过狭缝P的带电粒子的速率为 B A C.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 D.电荷量相同的粒子打在胶片上的位置离狭缝P越远，质量越小 7.现代科学仪器中常利用电、磁场控制带电粒子的运动。如图甲所示，纸面内存在上、下宽度均为 d的匀强电场与匀强磁场。电场强度大小为E(未知)、方向竖直向下；磁感应强度大小为B、方 向垂直纸面向里。现有一质量为、电荷量为q的带正电粒子（不计重力）从电场上边界的O点 由静止释放，运动到磁场下边界的P点时正好与下边界相切。若把电场下移至磁场所在区域， 如图乙所示，重新让粒子从上边界的M点由静止释放，经过一段时间粒子第一次到达最低点N (未画出)，下列说法正确的是 A.E=B'gd m B.粒子从O点运动到P点的时间为π十2)m gB C.粒子经过V点时的速度大小为B D.M,N两点间的竖直距离为d 纶复习40分钟周测卷二十 物理第2页（共4页） 可 8.回旋加速器是一种粒子加速器，大小从数英寸到数米都有，简化图如图所示，回旋加速器D形盒 上加有方向垂直于表面的匀强磁场B,狭缝间接有交流电压。若A处粒子源产生的带电粒子在 加速器中被加速，不计带电粒子的重力，下列说法正确的是 A.洛伦兹力对带电粒子不做功，出射粒子的动能与磁场的磁感应强度大小 无关 B.若仅增大加速电场的电压，粒子在加速器D形盒中运动的总时间变短 接交流电源U C.用该装置加速氦核(He)后，不可直接用于加速氘核(H) D.保持磁场不变，用该加速器分别加速氘核和氦核，二者获得的最大动能之比为1：1 班级 姓名 分数 题号 1 2 3 6 答案 二、非选择题（本题共3小题，共36分。请按要求完成下列各题） 9.(12分)一种离子分析器的结构原理如图所示，两虚线间的环形区域内存在沿顺时针方向的匀强 磁场和方向垂直纸面向外的匀强电场，场强大小和磁感应强度大小分别为E和B,外虚线环的 半径为R。环形区域外侧，第一象限内其他区域存在方向垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强 度B大小可调。原点O处有一个离子源，可发射电荷量为q、质量为的正离子，离子的速度方 向与x轴正方向成60°角。x轴正半轴装有足够大的薄荧光屏，用于接收打到x轴上的离子。 当调节B'=B,(B,未知)时，离子沿直线通过环形区域后在xOy平面内运动，并垂直打在荧光 屏上。不计离子重力，求： (1)离子的速度大小； (2)B1的大小及离子打在荧光屏上的位置坐标。 60 B 荧光屏 物理第3页（共4页） 衡水金卷·先享题·高三一轮 10.(12分)如图所示，在x轴上方有沿y轴正方向、大小为0.5N/C的匀强电场，在x轴下方有方 向垂直纸面向外、大小为0.05T的匀强磁场，在y轴上有一点M与O点的距离L=1m,现有 一带负电粒子的质量m=108kg、带电量q=10-6C,该粒子以初速度=10m/s沿x轴正方 向从M点进入电场，不计粒子重力，求： (1)粒子第一次进入磁场时的速度大小及方向； (2)粒子第4次经过x轴时的坐标及所需的时间。（结果可用π表示） 11.(12分)如图所示，三维坐标系Oxyz内存在一正四棱柱空间区域，正四棱柱的截面OPMN水 平且与ACDF、1UGH两个底面平行，其中A点的坐标为(0，EL.0),C点的坐标为(0，EL, 6 6 L),正四棱柱ACDF-OPMN空间处于沿y轴负方向的匀强电场中，OPMN一IJGH空间处 于沿y轴负方向的匀强磁场中，质量为、电荷量为十q的粒子以初速度，从A点沿AD方向 射入电场，经电场偏转后恰好从截面OPMN的中心进入磁场区域，不计粒子的重力。 (1)求匀强电场的场强大小； (2)若粒子恰好未从正四棱柱的侧面飞出，求匀强磁场的磁感应强度大小。 复习40分钟周测卷二十 物理第4页（共4页） 可高三一轮复习J ·物理· 高三一轮复习40分钟周测卷/物理（二十） 9 命题要素一贤表 注： 1.能力要求： I.理解能力 Ⅱ，推理能力Ⅲ，分析综合能力Ⅳ.应用数学处理物理问题的能力V,实验能力 2.学科素养： ①物理观念 ②科学思维③科学探究( 科学态度与责任 分 知识点 能力要求 学科素养 预估难度 题号 题型 值 (主题内容) ②③ ④ 档次 系数 1 单项选择题 8 电磁流量计的原理 易 0.80 2 单项选择题 磁流体发电机的原理 0.75 单项选择题 8 复合场中的圆周运动 中 0.75 4 单项选择题 复合场中的一般曲线运动 中 0.65 5 单项选择题 螺旋线运动分析 0.65 6 单项选择题 8 质谱仪的应用 中 0.60 带电粒子在组合场、复合场中的 单项选择题 8 中 0.60 运动 8 单项选择题 8 回旋加速器 中 0.65 9 非选择题 12 带电粒子在复合场中的运动 中 0.65 10 非选择题 12 带电粒子的周期性运动问题 中 0.65 带电粒子在立体空间中的偏转 非选择题 12 难 0.55 问题 昏考答案及解析 一、单项选择题 项错误。 1.A【解析】流量Q=5=(号)，达到平衡时，电 2.B【解析】根据题意，由左手定则可知，正离子受指 向B板的洛伦滋力，向B板偏转，B板相当于电源的 场力等于洛伦兹力，电势差稳定，即quB=qE,E= 正极，同理A板相当于电源的负极，这时等离子体将 ,解得U=BD,U的大小与离子浓度无关，流量Q 受到电场力的作用，洛伦兹力克服电场力使离子偏 =πDU 4B,解得B=πDU 1Q,A项正确，C、D项错误；磁场 转，即非静电力为洛伦兹力，A项错误，B项正确；等 离子体构成的内电路也有电阻，故外电压小于电动 方向竖直向下，根据左手定则，污水中的正离子聚集 势，C项错误；最终离子在电场力和洛伦兹力的作用 到a端，负离子聚集到c端，a端电势比c端电势高，B ·77· ·物理· 参考答案及解析 E 下处于平衡，有Bgu=g专，解得电动势E=Bd,则 6.C【解析】由图可知，当粒子经过速度选择器后进入 偏转磁场时受到向左的洛伦滋力，根据左手定则可 当只减小A,B两板的间距时，电动势减小，D项 知，粒子带正电，A项错误；能通过狭缝P的带电粒 错误。 子在速度选择器中做直线运动，则有Eg=wB,所以 3.D【解析】带电液滴在相互垂直的匀强电场和匀强 E 磁场中刚好做匀速圆周运动，可知受到的向下的重力 =后B项错误：带正电的粒子进入速度选择器，所 和向上的电场力平衡，故液滴带负电，由左手定则可 受静电力向右，则洛伦兹力向左，根据左手定则可判 知，其转动方向为顺时针方向，A项错误；液滴受到重 断速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外，C项正 力、电场力和洛伦滋力作用，其中洛伦滋力提供液滴 确；粒子进入偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提 做圆周运动的向心力，C项错误；转动过程中，电场力 供向心力：有=m二，解得君可知对于 做功，机械能不守恒，B项错误；由qE=g,qwB= 电荷量相同的粒子打在胶片上的位置离狭缝P越 m装解得=，D项正确。 E 远，r越大，则质量越大，D项错误。 4.C【解析】由题可知质子所受的电场力水平向右，质 7.C【解析】设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径 子从C点到D点的过程中电场力做负功，A项错误； 为R、速率为v,在电场中，由动能定理可得gEd= 根据沿电场线方向电势逐渐降低可知，D点的电势高 1 m0,在磁场中，由洛伦兹力提供向心力可得gB 于C点的电势，B项错误；由于洛伦兹力一直都与速 度方向垂直，故质子从A点到C点，洛伦兹力不做 尺，粒子在磁场中的运动轨迹为半个圆周，可知 功，C项正确；由于A点和D点在同一等势面上，故 半径R=d,解得E=9吧，A项错误：粒子由O点运 2m 从A点到D点电场力做功为0，而洛伦兹力不做功， 质子在A点的速度为O,根据动能定理可知质子在D 动到P点的过程，在电场中的运动时间=4 2 点的速度也为0，则质子在A点和D点都只受电场力 作用，且电场力相等，即合力相等，D项错误。 2m aB ,在慰场中的运动时间，=十×船-器故粒 9B 5.B【解析】根据功率的计算公式P=Fucos9,可知电 子从O点运动到P点的时间t=4十6=十m,B 场力的瞬时功率P电=qE,A项错误；由于与磁 2gB 场B平行，与磁场B垂直，根据洛伦兹力的计算公 项错误；将粒子从M点到N点的过程中某时刻的速 式有F洛=q2B,根据运动的叠加原理可知，离子在 度分解为水平向右和竖直向下的分量，分别为，、， 垂直于纸面的平面内做匀速圆周运动，沿水平方向做 再把粒子受到的洛伦兹力分别沿水平方向和竖直方 加速运动，则山增大，2不变，所以离子受到的洛伦 向分解，两个洛伦滋力分量分别为F,=qB,F,= qBur,设粒子在最低点N的速度大小为v1,M、N两 兹力大小不变，B项正确；的值不断变小，C项错 点间的竖直距离为y,以向右为正方向，水平方向上 误：该离子受到的电场力不变，洛伦兹力大小不变，方 由动量定理可得mu一0=∑qBu△t=qBy,由动 向总是与电场方向垂直，所以该离子做变加速曲线运 动，D项错误。 能定理可得gBy=子m-0,又E=兴，解得 2 ·78· 高三一轮复习J ·物理· gBd ,y=d,C项正确，D项错误。 洛伦滋力提供向心力有 8.B【解析】射出时粒子的运动半径等于D形盒的半 qB-Ro (2分) 径R,由洛伦兹力提供向心力可得B=m ，解得 由几何关系可得R。=Rtan60°=√3R (2分) =BR,粒子的最大动能E= 之m6=qBR 解得B,-3mE (2分) 3gBR 2 R 可知出射粒子的动能与磁场的磁感应强度大小有关， 离子打在荧光屏上的位置坐标x一n60十R。=(2 A项错误；若仅增大加速电场的电压，根据Em= +√3)R (2分) B'R 2m ,可知粒子的最大动能保持不变，设粒子在电 10.【解析】(1)粒子的运动轨迹如图所示 场中加速的次数为n,根据动能定理可得gU 之m话=E。-尽，可知仅增大加速电杨的电 2m 压，粒子在电场中加速的次数”减少，即粒子在磁场 中偏转的次数减少，而粒子在磁场中的运动周期不 粒子先在电场中做类平抛运动，设其第一次进入磁 变，所以粒子在加速器D形盒中运动的总时间变短， 场时的入射点为V B项正确：交流电源的周期等于粒子在磁场中的运动 沿x轴方向有xoN=6t (1分) 周期，则有T一器，氘核和氨枝的比荷相同，故交流 沿y轴方向有w=立× (1分) 电源的周期不变，C项错误；二者比荷相同，由以上分 解得xoN=2m,t=0.2s 析可知，其最大动能之比为q之比，为1：2，D项错误。 则=Eg,=10m/s= (1分) m 二、非选择题 故粒子第一次进入磁场的速度大小=√十 9.【解析】(1)离子在环形区域内，沿直线运动，所以受 =10√2m/s (2分) 力平衡，有quB=qE (2分) 与x轴正方向成45°角斜向右下方 (1分) 解得一号 (2分) (2)由(1)可得粒子进入磁场后做匀速圆周运动，设 (2)离子离开环形区域后，能在xOy平面内运动，且 其半径为R,由洛伦兹力提供向心力可得 垂直打在荧光屏上，其轨迹如图所示 m爱 (1分) 解得R=2√2m (1分) 由几何关系可得x=2Rcos45°=4m (1分) 根据粒子在磁场中运动的对称性，可得粒子以与x 荧光屏 轴正方向成45°角斜向右上方进入电场，做类斜抛运 动，粒子运动的轨迹具有周期性和重复性。第4次 设离子在环形区域外做圆周运动的半径为R。,根据 经过x轴时 ·79· ·物理· 参考答案及解析 =3ON +2INP =14 m (1分) 行于正四棱柱底面的方向上做匀速圆周运动，恰好 即坐标为(14m,0) 不从正四棱柱的侧面飞出，作出轨迹圆如图乙所示 粒子在磁场中做圆周运动的周期T= UN (1分) 0. 所需时间a=31+2×于-3+匹s 4 5 (1分) 11.【解析】(1)粒子在电场中做类平抛运动 G 沿AD方向有号L=: (2分) 由儿何关系可得十 (2分) 沿y轴方向有5L=是a (2分) 解得粒子做圆周运动的半径，=？L 2 (1分) 6 沿y轴方向的加速度a=吗 (1分) 由洛伦滋力提供向心力可得 解得E=26mG qu B=m (2分) 3gL (1分) (2)粒子到达OPMN的中心，如图甲所示，平行于正 解得B=2+2)m (1分) qL 四棱柱底面的分速度大小始终为，带电粒子在平 ·80·