第31讲 洛伦兹力与现代科技（专项训练）（四川专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

第31讲 洛伦兹力与现代科技（专项训练） 目 录 研判·考情前瞻 1 巩固·知识解构 1 知识点1 质谱仪 2 知识点2 回旋加速器 3 知识点3 电场与磁场叠加的应用实例分析 3 模拟·基础演练 5 题型01 速度选择器 5 题型02 质谱仪 8 题型03 回旋加速器 12 题型04 磁流体发电机 18 题型05 霍尔效应 18 重难·创新演练 26 真题·实战演练 32 研判·考情前瞻 核心考点 2026年 2025年 2024年 速度选择器 —— 陕西卷 T8，6 分 湖南卷 T9，6 分 回旋加速器 浙江卷 T10，4 分 北京卷 T8，6 分 山东卷 T9，6 分 质谱仪、磁流体发电机、霍尔效应 湖南卷 T10，6 分；黑吉辽蒙 T9，4 分 四川卷 T9，6 分；安徽卷 T9，6 分 天津卷 T7，4 分；江西卷 T7，4 分 考情分析 题型与考向： 以选择题为主。速度选择器关注 q、v、B、E 的制约；回旋加速器重点最大动能、加速次数；质谱仪测比荷；霍尔效应、磁流体发电机考查电势高低判断，推导电压表达式。 情境与立意：联系前沿科学仪器，从实际装置剥离物理模型，考查信息提取，迁移洛伦兹力、电场力平衡知识。 复习目标 知识掌握：理清质谱仪、速度选择器、回旋加速器、霍尔元件工作原理；熟记关键推导结论。 能力提升：①从科技装置剥离物理模型；②区分各个仪器的约束条件；③独立推导结论，不死记公式，会分析电势、粒子最大动能。 巩固·知识解构 知识点1 质谱仪 1.作用 测量带电粒子的质量和分离同位素。 2.原理(如图所示) (1)加速电场：qU=mv2； (2)偏转磁场：qvB=，l=2r； 由以上式子可得r=，m=，=。 知识点2 回旋加速器 1.构造如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒处于匀强磁场中，D形盒的缝隙处接交流电源。 2.原理 交流电周期和粒子做圆周运动的周期相等，使粒子每经过一次D形盒缝隙就被加速一次。 3.最大动能 由qvmB=、Ekm=m得Ekm=，粒子获得的最大动能由磁感应强度B和盒半径R决定，与加速电压无关。 4.运动时间的计算 (1)粒子在磁场中运动一个周期，被电场加速两次，每次增加动能qU，加速次数n=，粒子在磁场中运动的总时间t1=T=·=。 (2)粒子在各狭缝中的运动连在一起为匀加速直线运动，运动时间为t2==。(缝隙宽度为d) (3)粒子运动的总时间t=t1+t2=+。 知识点3 电场与磁场叠加的应用实例分析 装置 原理图 规律 速度 选择器 若qv0B=Eq，即v0=，则粒子做匀速直线运动 磁流体 发电机 等离子体射入，受洛伦兹力而偏转，使两极板分别带正、负电，两极板间电压为U时稳定，有q=qv0B，即U=Bv0d 电磁 流量计 稳定时有q=qvB，所以v=，流量Q=vS= 霍尔 元件 当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差U，q=qvB，I=nqvS，S=hd，联立解得U= 模拟·基础演练 考查重点：洛伦兹力与现代科技…… ⏳题型01 速度选择器 1．（24-25高二下·四川绵阳·期中）如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，其中丙的磁感应强度大小为B、电场强度大小为E，下列说法正确的是（     ） A．甲图在不改变任何参数的情况下，该回旋加速器既可以加速质子也可以加速α粒子 B．乙图可判断出B极板是发电机的正极 C．丙图中粒子在忽略重力时，沿直线从右（B）向左（A）通过速度选择器的条件是 D．丁图中若导体为金属，稳定时C板电势高 【答案】B 【详解】A．要想使粒子在回旋加速器中不断被加速，则粒子在磁场中运动的周期必须等于电场变化的周期，即，在不改变任何参数的情况下，因质子和α粒子的比荷不同，则在磁场中运动的周期不同，即该回旋加速器不可以同时加速质子和α粒子，故A错误； B．由左手定则知正离子向下偏转，所以下极板带正电，A板是电源的负极，B板是电源的正极，故B正确； C．若粒子带正电，则粒子从右（B）向左（A）进入选择器时，受电场力和洛伦兹力均向下，则粒子不能沿直线通过选择器；同理若粒子带负电，则粒子从右（B）向左（A）进入选择器时，受电场力和洛伦兹力均向上，则粒子也不能沿直线通过选择器，故C错误； D．若导体为金属，载流子为电子，带负电，由左手定则可知，负电荷向C端偏转，所以稳定时D板电势高，故D错误。 故选B。 2．（25-26高二上·四川成都·期末）下列①、②、③、④四幅图分别是速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器的结构示意图。下列说法正确的是（     ） A．图①中带电粒子（不计重力）沿直线PQ运动的条件是 B．图②中可以判断出通过电阻的电流方向为从上到下 C．图③中在分析同位素时，半径最大的粒子对应质量也最小 D．图④中增大狭缝间的电压，粒子获得的最大动能将变大 【答案】A 【详解】A．图①中带电粒子沿直线PQ运动，则，故，A正确； B．图②中带正电的粒子向下偏转，故下极板带正电，通过电阻的电流方向为从下到上，B错误； C．图③中因，故半径越大时，质量越大，C错误； D．图④中粒子获得的最大动能与加速电压无关，D错误。 故选A。 3．（25-26高二下·四川成都·阶段检测）（多选）如图所示，汤姆孙通过气体放电管计算出电子的比荷，电子从阴极K发出，穿过孔A、B沿中心轴线进入到两块水平正对放置的极板间，到达右端荧光屏上形成亮斑。当极板不加电压时，亮斑在；当极板加电压U时，亮斑在；保持该电压，再在极板间加一个大小为B、垂直于纸面的匀强磁场，亮斑又重新回到；然后撤去板间电压，保留匀强磁场，亮斑在。极板长L，间距为d，极板右端到屏的距离为D，的间距为y，实际测量时电子在磁场中的速度偏转角很小，则（很小时，）（     ） A．接正极接负极，磁场垂直于纸面向里 B．电子打在的速度大小为 C．电子的比荷为 D．电子的比荷为 【答案】BD 【详解】A．加电压后，亮斑由移到，电子向下偏转，故电子所受电场力向下。电子带负电，所以极板间电场方向向上，即下极板接正极、上极板接负极。保持电压并加磁场后电子沿直线运动，洛伦兹力应向上；将左手四指指向电子运动的反方向，可知磁场方向垂直纸面向外，故A错误； B．两极板间匀强电场的电场强度为。电子沿直线运动时，电场力与洛伦兹力等大，设为电子电荷量的绝对值，则 解得，故B正确； CD．撤去电压后，电子仅受洛伦兹力，在极板间做小圆弧运动，出场后沿切线运动。设圆弧半径为，由洛伦兹力提供向心力得 所以 电子在磁场内向上偏转，其小角度运动轨迹及相关几何量如图所示。 设电子离开磁场时速度偏转角为。由圆周几何关系有 因很小，由题给小角近似，故 由弦切角关系，电子在磁场内的竖直位移为 电子出场后沿切线运动，在无场区的竖直位移为 所以屏上总偏移量为 结合前述偏转角关系可得 代入前述比荷关系，整理得 再代入B项求得的速度，得，故C错误，D正确。 故选BD。 4．（25-26高二下·四川成都·期中）如图所示，关于图中所示的元件正常工作时，下列说法正确的是（     ） A．在甲图中，若载流子带负电，稳定时左侧面P板电势高 B．在乙图中，仅增加磁场B的大小，粒子的最大动能不一定增大 C．在丙图中，该装置只能选择一定速度的带电粒子，可以判断带电粒子的电性和种类 D．在丁图中，突然加大螺线管N的电流，铜环M有缩小趋势，螺线管N有伸长趋势 【答案】B 【详解】A．载流子带负电，其定向移动方向与电流方向相反。由左手定则可知，负载流子所受洛伦兹力指向侧，因而在侧积聚，稳定时侧电势较低，故A错误； B．设粒子电荷量的绝对值为，质量为。粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得 整理得 设形盒的最大轨道半径为，达到边缘时 粒子的最大动能 由周期定义 结合前述半径关系得 回旋加速器正常工作还要求交变电场的周期与相等。若只增大而不调整交变电场的频率，粒子可能失去同步，最大动能不一定增大，故B正确； C．粒子沿直线匀速通过速度选择器时，电场力与洛伦兹力平衡，有 解得 该速度与粒子电荷量的大小和正负、质量均无关，因而不能判断粒子的电性和种类，故C错误； D．当螺线管中的电流突然增大时，穿过铜环的磁通量增大。根据楞次定律，铜环中的感应电流将阻碍原磁通量的增加，在题图结构中铜环有扩张趋势；螺线管相邻线圈中的电流方向相同，线圈之间相互吸引，螺线管有收缩趋势，故D错误。 故选B。 5．（26-27高三上·四川成都·开学考试）（多选）如图，真空中有区域Ⅰ和Ⅱ，区域Ⅰ中存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下（与纸面平行），磁场方向垂直纸面向里，半径为的圆形磁场区域Ⅱ内存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外。图中A、C、D三点在同一直线上。A点处的粒子源持续将比荷一定但速率不同的粒子射入区域Ⅰ中，只有沿直线AC运动的粒子才能进入区域Ⅱ。若区域Ⅰ中电场强度大小为、磁感应强度大小为，区域Ⅱ中磁感应强度大小为，它们在区域Ⅱ中运动的时间为，速度偏转角为，半径为，且，若改变电场或磁场强弱，能进入区域Ⅱ中的粒子在区域Ⅱ中运动的时间为，速度偏转角为，不计粒子的重力及粒子之间的相互作用，下列说法正确的是（　　） A．若仅将区域Ⅰ中磁感应强度大小变为，则 B．若仅将区域Ⅰ中电场强度大小变为，则 C．若仅将区域Ⅱ中磁感应强度大小变为，则 D．若仅将区域Ⅱ中磁感应强度大小变为，则 【答案】BD 【详解】粒子在区域Ⅰ中做直线运动，电场力与洛伦兹力平衡 解得，只有满足该速度的粒子才能进入区域Ⅱ。 粒子进入区域Ⅱ后，洛伦兹力提供向心力 解得 周期，运动时间，已知圆半径，结合几何关系，圆心角 A．仅将区域Ⅰ中磁感应强度变为，则，区域Ⅱ中半径 圆心角，半径变小，轨迹偏折更明显，周期不变，故，故A错误； B．仅将区域Ⅰ中电场强度变为，则，区域Ⅱ中半径 圆心角，半径变大，轨迹偏折更平缓，即，故B正确； C．仅将区域Ⅱ中磁感应强度变为，则周期，半径 圆心角，运动时间，故C错误； D．仅将区域Ⅱ中磁感应强度变为，则周期，半径 圆心角，运动时间，而，则，故D正确。 故选BD。 ⏳题型02 质谱仪 6．（25-26高二下·四川凉山·期中）如图所示，图甲为质谱仪的原理图，图乙为磁流体发电机的原理图，图丙为回旋加速器的原理图，图丁为洛伦兹力演示仪的原理图。下列说法中正确的是（     ） A．在图甲中，比荷为的粒子在质谱仪区域中运动的半径为 B．在图乙中，将一束等离子体喷入磁场中，A、B板间产生电势差，B板电势更高 C．在图丙中，狭缝中所接的交流电压越大，带电粒子最终获得的最大动能越大 D．在图丙中，仅减小通过励磁线圈的电流，则电子的运动半径减小 【答案】B 【详解】A．粒子经加速电场，由动能定理得 解得 在速度选择器中，粒子受力平衡有 粒子进入磁场后，洛伦兹力提供向心力有 联立解得，故A错误； B．乙图磁流体发电机中，磁场由N极指向S极，方向水平向右，等离子体垂直纸面向里喷入磁场，根据左手定则，正离子受到的洛伦兹力向下，向B板偏转，负离子向A板偏转，因此B板积累正电荷，电势更高，故B正确； C．丙图回旋加速器中，粒子最大动能对应轨迹半径等于D形盒半径，由 解得 可得最大动能 可见最大动能与加速交流电压无关，增大电压不会改变最大动能，故C错误； D．电子经电子枪加速，由动能定理得 进入磁场后有 联立解得 仅减小励磁线圈电流，磁场减小，因此电子运动半径r增大，故D错误。 故选B。 7．（25-26高二下·四川德阳·期中）如图为某质谱仪的示意图，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、、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的电场强度的大小为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右，且三种粒子电性可正可负 B．三种粒子打在MN上时速度不相等 C．如果三种粒子的电荷量相等，则打在点的粒子质量最大 D．如果三种粒子电荷量均为，且、点的间距为，则打在、两点的粒子质量差为 【答案】D 【详解】A．粒子在速度选择器中受力平衡；由粒子在偏转磁场中的偏转方向，左手定则判断三种粒子均带正电，粒子向下运动时洛伦兹力水平向左，故电场力水平向右，电场方向向右，但粒子只能带正电，电性不可负，故A错误； B．粒子匀速通过速度选择器，速度均为；进入偏转磁场后洛伦兹力始终不做功，速度大小保持不变，故打在上时速度大小全部相等，故B错误； C．由半径公式，若电荷量相等，半径与质量成正比。点半径更大，对应粒子质量最大，打在点的粒子质量最小，故C错误； D．、两点间距等于轨迹直径之差 代入速度选择器结论 得 整理得质量差，故D正确。 故选D。 8．（25-26高三上·四川成都·期末）如图是质谱仪的工作原理示意图。现有一束几种质量不同的正离子，经过加速电场加速后，垂直射入速度选择器（速度选择器内有相互正交的匀强电场E和匀强磁场B1），离子束保持原运动方向未发生偏转。接着进入另一匀强磁场B2，发现这些离子分成几束。由此可得结论（     ） A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向内 B．这些离子通过狭缝的速率都等于 C．这些离子的电量一定不相同 D．这些离子的比荷一定不相同 【答案】D 【详解】A．题目未明确给出速度选择器内电场方向，因此无法判断磁场方向，故A错误； B．速度选择器中，正离子所受电场力与洛伦兹力平衡，离子才能直线通过，不发生偏转。 由平衡条件 可知 所以所有通过速度选择器的离子速度相同，均为，故B错误； CD．离子进入匀强磁场后做匀速圆周运动，轨道半径 由于所有离子速度相同，相同，半径不同，则必然有不同，即比荷不同，故D正确； 比荷不同可能是质量不同引起的，电量可能相同，故C错误。 故选D。 9．（25-26高二下·四川南充·期中）关于洛伦兹力的应用，下列说法正确的是（　　） A．图甲是回旋加速器的示意图，增加电压U，粒子获得的最大动能增大 B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断图中A为负极，B为正极 C．图丙是速度选择器，只有的带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器 D．图丁是质谱仪的主要原理图。其中、、在磁场中偏转半径最大的是 【答案】B 【详解】A．图甲是回旋加速器的示意图，根据 可得粒子获得的最大动能为 可知增加电压U，粒子获得的最大动能不变，A错误； B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，由左手定则可知，正离子受洛伦兹力向下偏向B板，负离子受洛伦兹力向上偏向A板，可以判断图中A为负极，B为正极，B正确； C．图丙是速度选择器，当带电粒子沿直线通过速度选择器时 解得 即只有的带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器，C错误； D．图丁是质谱仪的主要原理图。根据， 解得 其中的荷质比最小，在磁场中偏转半径最大，D错误。 故选B。 10．（2026·四川南充·二模）（多选）某质谱仪简化结构如图，在平面的区域存在方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场，在轴处放置照相底片，大量a、b两种离子（其初速度视为零）经电压为的加速电场加速后，由坐标原点开始，在轴左右两侧与轴均成角的范围内垂直磁场方向射入磁场，最后打到照相底片上，已知a、b两种离子的电荷量均为，质量分别为和，，不考虑离子间相互作用。下列说法正确的是（　　） A．a离子在磁场中的速度大小为 B．b离子在照相底片上形成的亮线长度为 C．打在照相底片上的a、b两种离子间的最近距离为 D．若加速电压在之间波动，要在底片上完全分辨出a、b两种离子，则不超过 【答案】CD 【详解】A．a离子加速过程，根据动能定理有 解得，故A错误； B．b离子加速时，根据动能定理有 解得 离子在磁场中运动，根据牛顿第二定律，有 解得离子在磁场中运动的轨道半径 离子沿y轴入射时，打在底片上的位置为2rb，沿与y轴成θ角入射时，水平位移为x=2rbcos θ 亮线长度为Δx=2rb（1-cos θ） 代入cos θ=0.9 解得亮线长度，故B错误； C．由前面分析可知，解得a离子轨道半径 离子沿与y轴成θ角入射时，打在x轴上的水平位移为2racos θ，沿y轴入射时，水平位移为2ra（θ=0，cosθ=1），a离子的最小水平位移（沿θ角入射） 同理b离子的最大水平位移（沿y轴入射） 可得两种离子的最近距离为Δxmin=xamin-xbmax 联立解得 ，故C正确； D．要完全分辨，需满足xamin＞xbmax 即 解得，故D正确。 故选CD。 ⏳题型03 回旋加速器 11．（26-27高三上·四川成都·开学考试）（多选）如图所示，回旋加速器主要由两个 D 形金属盒、高频交流电源、匀强电场磁场系统等构成，金属盒半径为 R，电源电压大小为 U，两盒间狭缝的间距为 d，两盒放在磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近。若粒子源射出的粒子电荷量为 Q，质量为 m，初速度为 0，需同时考虑粒子在电场中和磁场中的运动时间，但不考虑相对论效应。下列说法正确的是（    ） A．交流电压增大，电场每次对粒子做的功和粒子最终获得的最大动能均增大 B．粒子获得的最大动能为 C．为确保粒子每次都能在到达狭缝时被加速，交流电的周期必须保持不变 D．粒子从粒子源射出至离开回旋加速器的总时间为 【答案】BCD 【详解】AB．电场每次对粒子做的功为，因此交流电压增大，每次电场做的功增大。 粒子最终的最大动能对应粒子轨道半径等于D形盒半径R的情况，此时洛伦兹力提供向心力，即 解得最大速度为 则最大动能为 可见最大动能仅与B、R、Q、m有关，与交流电压无关，因此交流电压增大时最大动能不变，故A错误，B正确； C．由公式可得，粒子在磁场中做圆周运动的周期为 不考虑相对论效应，该周期为定值，与粒子的运动速度、轨道半径均无关。为确保粒子每次都能在到达狭缝时被加速，交流电的周期必须与粒子在磁场中的运动周期相等，因此交流电周期需保持不变，故C正确； D．设粒子的加速次数为n，粒子每加速1次，在磁场中运动半个周期，则粒子在磁场中的总时间为 粒子在电场中做匀加速直线运动，总路程为nd，平均速度为，因此粒子在电场中的总时间为 根据动能定理可得 解得 则 粒子运动的总时间为磁场中运动总时间与电场中运动总时间之和，即，故D正确； 故选BCD。 12．（25-26高二上·四川成都·期末）电磁场与现代科技密切关联，在科学研究和工业生产中有重要应用。关于以下四个科技实例，下列说法正确的是（     ） A．甲图中电子束出射速度不变，励磁线圈电流变大时，电子束径迹形成的圆半径变大 B．乙图中不改变质谱仪各区域的电场、磁场时，击中光屏同一位置的粒子比荷一定相同 C．丙图中载流子为负电荷的霍尔元件有如图所示的电流和磁场时，N侧电势比M侧电势高 D．丁图中增大D形盒狭缝之间的电压U，粒子的最大动能增大 【答案】B 【详解】A．甲图中电子束出射速度不变，励磁线圈电流变大时，则磁场B增强，根据 得 电子束径迹形成的圆半径变小，A错误； B．乙图中，根据， 可得 则不改变质谱仪各区域的电场、磁场时，击中光屏同一位置的粒子在磁场中的运动半径一定相同，则比荷一定相同，B正确； C．丙图中载流子为负电荷的霍尔元件有如图所示的电流和磁场时，根据左手定则可知，负电荷偏向Ｎ侧极板，则N侧电势比M侧电势低，C错误； D．丁图中，根据 可得粒子的最大动能为 可知增大D形盒狭缝之间的电压U，粒子的最大动能不变，D错误。 故选B。 13．（23-24高二下·四川绵阳·阶段检测）如图所示为某回旋加速器示意图，利用回旋加速器对粒子进行加速，此时D形盒中的磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期为T，加速电压为U。忽略相对论效应和粒子在D形盒缝隙间的运动时间，下列说法中正确的是（   ） A．粒子能从磁场中获得动能 B．保持B、U和T不变，该回旋加速器可以加速质子 C．只增大加速电压，粒子获得的最大动能增大 D．只增大加速电压，粒子在回旋加速器中运动的时间变短 【答案】D 【详解】A．粒子在磁场中运动时，根据左手定则，磁场的作用力与速度垂直，只改变粒子的运动方向，不改变粒子的运动速度大小，即洛伦兹力不做功，粒子只在加速电场中获得能量，故A错误； B．根据洛伦兹力提供向心力 粒子在磁场中运动的周期 回旋加速器可以加速，是因为电场变化的周期与的运动周期相同，而质子（）与粒子的比荷不同，可知二者在磁场中运动的周期不同，所以保持B、U和T不变的情况下不能加速质子，故B错误； C．设回旋加速器的最大半径是，因此粒子在最大半径处运动时速度最大，根据 解得 射出时的最大动能是 若只增大加速电压，由上式可知，粒子获得的最大动能与加速器的半径、磁感应强度以及电荷的电量和质量有关，与加速电场的电压无关，故C错误； D．粒子射出时的最大动能 粒子每旋转一周增加的动能是，动能达到时粒子旋转的周数是N，则有 每周的运动时间 则粒子在回旋加速器中的运动时间 若只增大加速电压，粒子在回旋加速器中运动的时间变短，故D正确。 故选D。 14．（25-26高二下·四川绵阳·期末）（多选）如图所示是回旋加速器的原理示意图。忽略粒子在电场中运动时间，不考虑粒子质量变化。回旋加速器形盒半径不变，垂直于盒面的匀强磁场磁感应强度B不变，加速电源参数可调，同一回旋加速器分别对从粒子源释放的氘核和碳核加速，下列说法正确的是（     ） A．对和加速的加速电源频率之比为1：1 B．对和加速的加速电源频率之比为1：6 C．加速后和获得的最大动能之比为1：1 D．加速后和获得的最大动能之比为1：6 【答案】AD 【详解】AB．回旋加速器中，交流电源频率等于粒子圆周运动的频率，由洛伦兹力提供向心力有 周期公式 解得 设氘核电荷量为e，质量为；碳核电荷量为6e，质量为。则对和加速的加速电源频率之比为，故A正确，B错误； CD．粒子最大轨迹半径等于D形盒半径R，洛伦兹力提供向心力，有 可知最大动能 则加速后和获得的最大动能之比为，故C错误，D正确； 故选AD。 15．（2026·四川成都·模拟预测）（多选）回旋加速器核心部分由两个中空的半圆形金属盒、，和一个狭缝组成，两形盒分别与高频交流电源的两极相连，狭缝间形成周期性变化的电场，带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略不计，磁感应强度为的匀强磁场与盒面垂直，形金属盒半径为，处粒子源产生粒子的质量为、电荷量为，在加速器中被加速，设粒子初速度为零，加速电压为，不考虑重力作用和相对论效应，下列说法中正确的是（     ） A．每次加速电场力对粒子做功相同 B．粒子从静止开始加速到出口处所需的时间约为 C．加速电压越大粒子能获得的最大动能越大 D．粒子在回旋加速器中运动时，随轨道半径的增大，盒中相邻轨道的半径之差减小 【答案】AD 【详解】A．电场力做功，每次粒子穿过狭缝加速时，加速电压恒为，粒子电荷量不变，因此每次电场力做功均为，做功相同，故A正确； B．粒子达到最大动能时，轨道半径等于D形盒半径，洛伦兹力提供向心力 可得最大动能 每次加速获得动能，因此总加速次数 粒子运动周期，每加速1次对应半个周期 总时间，故B错误； C．由最大动能公式可知，粒子的最大动能仅与磁感应强度、D形盒半径有关 与加速电压无关，加速电压仅改变加速次数，不改变最大动能，故C错误； D．n次加速后，根据动能定理 洛伦兹力提供向心力 联立可得 公式变形得，相邻轨道半径差 轨道半径越大，对应越大，分母越大，因此越小，即相邻轨道半径之差减小，故D正确。 故选AD 。 ⏳题型04 磁流体发电机 16．（24-25高二下·四川南充·阶段检测）下列说法正确的是（　　） A．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，可增加加速电压U B．乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出A极板是发电机的正极 C．丙是速度选择器，带电粒子能够沿直线PQ通过的条件是，即 D．丁是磁电式电流表内部结构示意图，线圈在极靴产生的匀强磁场中转动 【答案】C 【详解】A．粒子离开回旋加速器时速度最大，动能也最大，根据 解得 粒子获得的最大动能为 可知粒子的最大动能与加速电压无关，即增加加速电压U，粒子的最大动能保持不变，故A错误； B．根据左手定则，满足正电荷向下偏转，所以板带正电，为发电机的正极，极板是发电机的负极，故B错误； C．在丙图中，若带电粒子能够沿直线PQ向右运动，则粒子受力平衡，则有 解得 可知该速度与粒子的电量大小、电性无关，只要满足这个速度，粒子都能够沿直线PQ匀速通过速度选择器，故C正确； D．磁电式电流表内部极靴产生的磁场为均匀辐向磁场，该磁场为非匀强磁场，故D错误。 故选C。 17．（25-26高二下·四川成都·期末）（多选）甲、乙、丙图分别是等离子体发电机、质谱仪和回旋加速器，且进入三种装置的带电粒子重力均不计，丁图中位于等边三角形顶点的两通有同向等大电流的直导线A、B平行放置。下列说法正确的是（     ） A．图甲中上极板A板是电源的正极 B．图乙中粒子打在照相底片D上的位置越靠近，粒子的比荷越大 C．图丙中若增大回旋加速器的加速电压，粒子获得的最大动能不变 D．图丁中 A、B在C处产生磁场的磁感应强度大小均为B0，则C处磁场的合磁感应强度大小是B0 【答案】BC 【详解】A．根据左手定则，等离子体中的正电荷受洛伦兹力向下偏转，下极板B带正电，是电源正极，上极板A带负电，是电源的负极，故A错误； B．粒子在电场中，根据动能定理有 在磁场中，根据牛顿第二定律可得 粒子打在照相底片 D上的位置与的距离为 联立解得 可见，打在底片上越靠近，粒子比荷越大，故B正确； C．设回旋加速器D形盒半径为，粒子获得最大的速度为 根据牛顿第二定律可得 粒子获得的最大动能 可知粒子获得的最大动能与加速电压无关，故C正确； D．根据安培定则可知，A、B在C处产生磁场的磁感应强度大小相等为B0，方向之间的夹角为60°，根据矢量叠加可知，C处磁场的合磁感应强度大小为，故D错误。 故选BC。 18．（25-26高二下·四川凉山·阶段检测）如图，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，下列说法正确的是（     ） A．甲图可通过增加交变电流的电压U来增大粒子的最大动能 B．乙图可通过减小磁感应强度B来增大电源电动势 C．丙图无法判断出带电粒子的电性，粒子只能从左到右沿直线匀速通过速度选择器 D．丁图中产生霍尔效应时，无论载流子带正电或负电，稳定时都是C板电势高 【答案】C 【详解】A．粒子在磁场中满足 可得 设回旋加速器D形盒的半径为R，则当粒子的轨迹半径为时，速度最大，动能最大；可推导出粒子的最大动能为 粒子的最大动能与交变电流的电压无关，故A错误； B．当磁流体发电机达到稳定时，电荷在A、B板间受到的电场力和洛伦兹力平衡，即 得电源电动势为 由此可知，可通过增加匀强磁场的磁感应强度来增大电源电动势，故B错误； C．粒子从左侧沿直线匀速通过速度选择器时，无论正电荷还是负电荷电场力与洛伦兹力方向相反，如果从右侧沿直线匀速通过速度选择器时，无论正电荷还是负电荷电场力与洛伦兹力方向相同，因此只能从左侧进入，故C正确； D．若载流子带正电，洛伦兹力指向D板，载流子向D板聚集，D板电势高。若载流子带负电，洛伦兹力指向D板，载流子向D板聚集，D板电势低，C板电势高，故D错误。 故选C。 19．（25-26高二上·四川巴中·期末）（多选）如图所示，下列说法正确的是（　　） 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初动能增大，增加D型盒的半径即可 B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出A极板是发电机的负极，B极板是发电机的正极 C．图丙是速度选择器，若电子（不计重力且只受电场和磁场的作用）从左向右沿直线匀速通过速度选择器，则电子也能从右向左匀速通过此速度选择器 D．图丁是质谱仪的工作原理示意图，若粒子的比荷越小，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S3 【答案】AB 【详解】A．甲图中，根据 可知 粒子获得的最大动能为 可知要想粒子获得的最大初动能增大，增加D型盒的半径即可，故A正确； B．乙图中根据左手定则，正电荷向下偏转，负电荷向上偏转，所以A极板带负电，B极板带正电，A极板是发电机的负极，B极板是发电机的正极，故B正确； C．图丙是速度选择器，若电子（不计重力且只受电场和磁场的作用）从左向右沿直线匀速通过速度选择器，当电子从右向左穿过速度选择器时，受到的电场力和洛伦兹力均向上，不能匀速通过此速度选择器，故C错误； D．图丁中粒子通过速度选择器后，具有相同的速度，在偏转磁场中，有 可得 可知粒子的比荷越小，粒子在磁场的轨道半径越大，则粒子打在胶片上的位置越远离狭缝S3，故D错误。 故选AB。 20．（25-26高二上·河北邢台·期末）（多选）磁流体发电机可简化为如下模型：两块长、宽分别为a、b的平行板，彼此相距L，板间通入已电离的速度大小为v的气流，两板间存在一磁感应强度大小为B的匀强磁场，磁场方向与两板平行，并与气流速度方向垂直，如图所示。把两板与电阻箱R连接起来，在洛伦兹力作用下，气流中的正、负离子分别向两板移动形成电流。已知该气流的电阻率为。不计离子间的相互作用，下列说法正确的是（    ） A．平行板中上板带负电 B．平行板间的电阻为 C．稳定时，两平行板间的电压为BLv D．仅调整电阻箱阻值，电阻箱的最大功率为 【答案】BD 【详解】A．正离子受到向上的洛伦兹力偏转到上板，平行板中上板带正电，故A错误； B．根据电阻定律可知平行板间的电阻，故B正确； C．设稳定时平行板间产生的感应电动势为，平行板间的离子受到的电场力和洛伦兹力平衡，有 由闭合电路欧姆定律可知，两平行板间的电压，故C错误； D．电阻箱的电功率 由数学知识可知，当即时，电阻箱的电功率达到最大值，故D正确。 故选BD。 ⏳题型05 霍尔效应 21．（25-26高二上·四川宜宾·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）。下列说法中正确的是（　　） A．该霍尔元件的载流子带正电 B．若变大，则电势差不变 C．车速与单位时间内的脉冲数成正比 D．电势差与车速成正比 【答案】C 【详解】A．已知前表面电势低于后表面，根据左手定则，电流向左，若载流子为负电子，电子运动方向向右，磁场向下，洛伦兹力使电子向前表面积累，前表面带负电、电势更低，符合题意，因此载流子带负电，故A错误； B．霍尔效应平衡时，洛伦兹力等于电场力，有 可得 结合电流的微观表达式 其中n是单位体积内的电子数，e是单个导电粒子所带的电荷量，S是导体的横截面积，v是导电粒子运动的速度，推导得霍尔电压 若​变大，电流变大，也会变大，故B错误； C．设自行车前轮半径为，前轮周长固定为 每转一圈产生一个脉冲，设单位时间脉冲数为，车速 因此车速与单位时间脉冲数成正比，故C正确； D．由推导可知 ​仅和磁场、电流、元件参数有关，和自行车车速无关，故D错误。 故选C。 22．（25-26高二下·四川宜宾·阶段检测）如图，一长度为，宽度为，厚度为（）的长方体导体板放在方向与前表面垂直，磁感应强度为的匀强磁场中，导体板内单位体积内自由电子的个数为，通过导体板的电流为，电子电荷量为，导体板的上、下表面之间产生电势差。则下列说法正确的是（     ） A．上表面的电势高于下表面 B．电势差 C．若仅使电流方向从上向下，其他条件不变，则左、右表面间电势差 D．若将导体板挖成薄壁空腔并充满电解质溶液，通电后霍尔电压不为零 【答案】C 【详解】A．电流向右，自由电子的运动方向向左，根据左手定则，电子受到向上的洛伦兹力，上表面积累负电荷，因此下表面电势高于上表面，故A错误； B．稳定时电子受力平衡，洛伦兹力等于电场力 得 电流的微观表达式为，垂直电流的横截面积，因此 整理得 代入得，故B错误； C．电流方向改为从上向下后，电子向上运动，洛伦兹力使电子向右侧面偏转，平衡时 得 此时垂直电流的横截面积，因此 整理得 代入得，故C正确； D．电解质溶液的载流子是正、负离子，通电后正、负离子运动方向相反，受到的洛伦兹力方向相同，二者向同一侧偏转，不会积累同种电荷，因此霍尔电压为零，故D错误。 故选C。 23．（25-26高二上·四川眉山·阶段检测）如图所示，长方体金属块放在匀强磁场中，有电流通过金属块，则下面说法正确的是（　　） A．上表面电势高于下表面 B．前表面电势高于后表面 C．左侧面电势高于右侧面 D．无法判断 【答案】A 【详解】金属块中参与导电的是自由电子，运动方向与电流方向相反，根据左手定则可以判断电子将在下表面聚集，所以金属块上表面电势高于下表面电势。 故选A。 24．（25-26高三上·四川德阳·阶段检测）现代出租车使用的电子里程计，其核心部件之一是霍尔元件，如图所示。该元件被安装在车轮附近，一块磁铁则固定在轮毂上随车轮转动，每当磁铁靠近霍尔元件时，元件就会输出一个脉冲电压信号，行车电脑通过记录脉冲次数并结合车辆参数，即可计算行驶里程。此现象主要利用了霍尔效应，已知该霍尔元件的宽度为a，长度为c，通有恒定电流I，磁场方向垂直于电流方向。下列说法正确的是（　　） A．其余条件不变，c越长，脉冲电压峰值越大 B．该霍尔元件输出脉冲电压信号是通过上下两表面输出 C．行车电脑最终计算出的里程，与车轮直径无关，与脉冲电压频率有关 D．若将恒定电流I增大为原来的两倍，则每次产生的脉冲电压峰值也会增大为原来的两倍 【答案】D 【详解】AB．电流的方向水平向右，磁场的方向竖直向下，由左手定则可知该霍尔元件输出脉冲电压信号是通过前后两表面输出的。根据 解得 因此电压与该霍尔元件的长度为c无关。故AB错误； C．由题可知行车电脑是通过记录脉冲次数并结合车辆参数来计算行驶里程。因此行车电脑最终计算出的里程，与车轮直径和脉冲电压频率都有关系。故C错误； D．由和可得 因此将恒定电流I增大为原来的两倍，则每次产生的脉冲电压峰值也会增大为原来的两倍。故D正确。 故选D。 25．（2025·四川巴中·模拟预测）如图为微量振荡天平测量大气颗粒物质量的原理简图。气流穿过滤膜后，颗粒物附着在滤膜上增加锥形振荡管的质量，从而改变其固有频率。起振器从低到高改变振动频率，记录霍尔元件a、b端输出的电信号，从而推测出滤膜上颗粒物质量。某金属材料制成的霍尔元件宽度为d，下列说法正确的是（　　） A．若起振器振动频率改变，锥形振荡管的振动频率不变 B．霍尔元件上表面的电势高于下表面的电势 C．锥形振荡管左右振动时，霍尔元件的a、b端输出交流信号 D．霍尔元件的宽度d减小，霍尔电压的最大值增大 【答案】D 【详解】A．锥形振荡管的振动频率等于起振器振动频率，所以起振器振动频率改变，锥形振荡管的振动频率也改变，故A错误； B．金属导体中移动的是自由电子，移动的方向与电流方向相反，根据左手定则，自由电子受向上的洛伦兹力，上表面的电势低于下表面的电势，故B错误； C．锥形振荡管左右振动时，霍尔元件所处区域的磁场方向大致还是原来方向，霍尔元件的a、b端输出的电流方向不会改变，则会输出直流信号，故C错误； D．设电源电动势为E，霍尔元件长度为l，高度为h，则其电阻 电流微观表达式为 又 得 根据平衡条件有 可得霍尔电压的最大值 当d减小时，增大，故D正确。 故选D。 重难·创新演练 26．（25-26高三上·四川成都·阶段检测）（多选）以下四幅图片中：图甲是励磁线圈的应用；图乙是回旋加速器工作原理示意图；图丙是多级直线加速器的原理示意图；图丁是质谱仪原理图，下列说法中正确的是（     ） A．图甲中，通过励磁线圈的电流越大，电子的运动径迹半径越小 B．图乙中，电场进行偏转，磁场进行加速 C．图丙中，多级直线加速器一定比回旋加速器更有优势 D．图丁中，粒子打在上的位置越靠近狭缝，粒子的比荷越大 【答案】AD 【详解】A.图甲中，由洛伦兹力提供向心力 可得，通过励磁线圈的电流越大，磁场越大，电子的运动径迹半径越小，A正确； B.图乙中，电场进行加速，磁场进行偏转，B错误； C.图丙中，粒子通过多级直线加速器加速，加速电压越大，粒子获得的能量越高，但要产生这种高压所需的技术要求很高，同时加速装置的长度也要很长，故多级直线加速器不一定比回旋加速器更有优势，C错误； D.图丁中，通过速度选择器后，所有进入磁场中的粒子速度相同，根据 解得，可知粒子打在上的位置越靠近狭缝，磁场中的旋转半径越小，粒子的比荷越大，D正确。 故选AD。 27．（25-26高二下·四川成都·期中）（多选）如图，关于两种仪器，下列说法正确的是（     ） A．甲图中，回旋加速器加速带电粒子的最大动能与加速电压有关 B．甲图中，回旋加速器加速带电粒子的最大动能与加速电压无关 C．乙图中，带正电的粒子可以从N向M沿直线匀速通过速度选择器 D．乙图中，带负电的粒子可以从M向N沿直线匀速通过速度选择器 【答案】BD 【详解】AB．设回旋加速器中的磁感应强度大小为B，半径为R，粒子的电荷量为q，质量为m，则带电粒子在回旋加速器中，根据洛伦兹力提供向心力有 可知带电粒子的最大动能为，所以带电粒子的最大动能与加速电压无关，故A错误，B正确； CD．由电场力与洛伦兹力的方向关系，无论正、负粒子都只能从M向N沿直线运动，才有可能匀速通过速度选择器，故C错误，D正确； 故选BD。 28．（25-26高三下·北京·开学考试）关于下列四幅图的说法正确的是（　　） A．图甲是回旋加速器的结构示意图，粒子从磁场中获得能量被加速 B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出B极板是发电机的负极，A极板是正极 C．图丙是某霍尔元件的原理示意图，若要提高其测量磁场的灵敏度，可让电流I大一些 D．图丁为速度选择器和质谱仪的组合装置示意图，不改变电场及磁场，沿直线经过速度选择器的粒子，则击中底片同一位置的粒子具有相同质量 【答案】C 【详解】A．图甲是回旋加速器的示意图。带电粒子在回旋加速器中，磁场的作用是使粒子做圆周运动，改变粒子的运动方向，但洛伦兹力始终与速度方向垂直，对粒子不做功，所以粒子不能从磁场中获得能量。粒子是在D形盒之间的电场中被加速，从而获得能量，故A错误； B．图乙是磁流体发电机的示意图。等离子体（包含正、负离子）射入磁场，磁场方向水平向左。根据左手定则，正离子受到的洛伦兹力方向向下，向B极板偏转，使B极板带正电；负离子受到的洛伦兹力方向向上，向A极板偏转，使A极板带负电。因此，A极板是发电机负极，B极板是正极，故B错误； C．图丙是霍尔元件的原理示意图。设霍尔元件沿y轴宽为b，沿z轴高为h，当达到稳定状态时，有 电流的微观表达式 霍尔电压表达式 若要提高其测量磁场的灵敏度，可让电流I大一些，故C正确； D．图丁为质谱仪的示意图。能沿直线通过速度选择器的粒子有 进入偏转磁场有 解得 不改变电场及磁场，沿直线经过速度选择器的粒子，则击中底片同一位置的粒子不一定具有相同质量，故D错误。 故选C。 29．（25-26高二上·四川自贡·期末）如图所示是某磁流体发电机的简化图，平行金属板之间有一匀强磁场，一束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，用电器与两个极板相连，下列说法正确的是（    ） A．用电器中的电流方向为从B到A B．等离子体中的负离子向上极板聚集 C．若只增大喷入离子的速度，发电机的电动势减小 D．若只增大磁场的磁感应强度，发电机的电动势增大 【答案】D 【详解】AB．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，且上极板为正极，下极板为负极，所以通过用电器的电流方向从A到B，故AB错误； CD．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 故只增大喷入离子的速度，发电机的电动势增大；若只增大磁场的磁感应强度，发电机的电动势增大，C错误，D正确。 故选D。 30．（25-26高二上·浙江·期中）（多选）如图所示为一简易磁流体发电机模型，其发电通道为一长宽高分别为l、a、b的长方体空腔，整个发电通道处于磁感应强度为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场中。不计上下两块极板的电阻，极板与外部定阻R构成闭合回路。将高温等离子体以恒定速率v送入发电通道，等离子体的电阻率为ρ，忽略等离子体的重力和相互作用力。闭合开关，稳定时，发电通道出入口之间存在稳定压强差，则下列说法正确的是（　　） A．洛伦兹力充当非静电力形成电动势，稳定时进入发电通道的正负电荷做直线运动 B．稳定时，两极板间的电势差大小为Bav，且上极板带正电 C．回路中电流大小 D．电离气体流经发电通道时转化为电能的效率 【答案】CD 【详解】A．洛伦兹力充当非静电力形成电动势，稳定时，由于外电路闭合，维持电动势稳定，需要带电粒子不断向两极板积累，所以稳定时进入发电通道的正负电荷做曲线运动，故A错误； BC．根据 解得发电机的电动势是 两极板间电势差大小是路端电压小于电动势，根据左手定则可知，带正电的粒子向上偏转，上极板带正电，回路中的电流强度是 其中 代入解得，故B错误，C正确； D．发电导管两端的作用力为 发电导管的输入功率 发电机的效率为，故D正确。 故选CD。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 第31讲 洛伦兹力与现代科技（专项训练） 目 录 研判·考情前瞻 1 巩固·知识解构 1 知识点1 质谱仪 2 知识点2 回旋加速器 3 知识点3 电场与磁场叠加的应用实例分析 3 模拟·基础演练 5 题型01 速度选择器 5 题型02 质谱仪 8 题型03 回旋加速器 12 题型04 磁流体发电机 18 题型05 霍尔效应 18 重难·创新演练 26 真题·实战演练 32 研判·考情前瞻 核心考点 2026年 2025年 2024年 速度选择器 —— 陕西卷 T8，6 分 湖南卷 T9，6 分 回旋加速器 浙江卷 T10，4 分 北京卷 T8，6 分 山东卷 T9，6 分 质谱仪、磁流体发电机、霍尔效应 湖南卷 T10，6 分；黑吉辽蒙 T9，4 分 四川卷 T9，6 分；安徽卷 T9，6 分 天津卷 T7，4 分；江西卷 T7，4 分 考情分析 题型与考向： 以选择题为主。速度选择器关注 q、v、B、E 的制约；回旋加速器重点最大动能、加速次数；质谱仪测比荷；霍尔效应、磁流体发电机考查电势高低判断，推导电压表达式。 情境与立意：联系前沿科学仪器，从实际装置剥离物理模型，考查信息提取，迁移洛伦兹力、电场力平衡知识。 复习目标 知识掌握：理清质谱仪、速度选择器、回旋加速器、霍尔元件工作原理；熟记关键推导结论。 能力提升：①从科技装置剥离物理模型；②区分各个仪器的约束条件；③独立推导结论，不死记公式，会分析电势、粒子最大动能。 巩固·知识解构 知识点1 质谱仪 1.作用 测量带电粒子的质量和分离同位素。 2.原理(如图所示) (1)加速电场：qU=mv2； (2)偏转磁场：qvB=，l=2r； 由以上式子可得r=，m=，=。 知识点2 回旋加速器 1.构造如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒处于匀强磁场中，D形盒的缝隙处接交流电源。 2.原理 交流电周期和粒子做圆周运动的周期相等，使粒子每经过一次D形盒缝隙就被加速一次。 3.最大动能 由qvmB=、Ekm=m得Ekm=，粒子获得的最大动能由磁感应强度B和盒半径R决定，与加速电压无关。 4.运动时间的计算 (1)粒子在磁场中运动一个周期，被电场加速两次，每次增加动能qU，加速次数n=，粒子在磁场中运动的总时间t1=T=·=。 (2)粒子在各狭缝中的运动连在一起为匀加速直线运动，运动时间为t2==。(缝隙宽度为d) (3)粒子运动的总时间t=t1+t2=+。 知识点3 电场与磁场叠加的应用实例分析 装置 原理图 规律 速度 选择器 若qv0B=Eq，即v0=，则粒子做匀速直线运动 磁流体 发电机 等离子体射入，受洛伦兹力而偏转，使两极板分别带正、负电，两极板间电压为U时稳定，有q=qv0B，即U=Bv0d 电磁 流量计 稳定时有q=qvB，所以v=，流量Q=vS= 霍尔 元件 当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差U，q=qvB，I=nqvS，S=hd，联立解得U= 模拟·基础演练 考查重点：洛伦兹力与现代科技…… ⏳题型01 速度选择器 1．（24-25高二下·四川绵阳·期中）如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，其中丙的磁感应强度大小为B、电场强度大小为E，下列说法正确的是（     ） A．甲图在不改变任何参数的情况下，该回旋加速器既可以加速质子也可以加速α粒子 B．乙图可判断出B极板是发电机的正极 C．丙图中粒子在忽略重力时，沿直线从右（B）向左（A）通过速度选择器的条件是 D．丁图中若导体为金属，稳定时C板电势高 2．（25-26高二上·四川成都·期末）下列①、②、③、④四幅图分别是速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器的结构示意图。下列说法正确的是（     ） A．图①中带电粒子（不计重力）沿直线PQ运动的条件是 B．图②中可以判断出通过电阻的电流方向为从上到下 C．图③中在分析同位素时，半径最大的粒子对应质量也最小 D．图④中增大狭缝间的电压，粒子获得的最大动能将变大 3．（25-26高二下·四川成都·阶段检测）（多选）如图所示，汤姆孙通过气体放电管计算出电子的比荷，电子从阴极K发出，穿过孔A、B沿中心轴线进入到两块水平正对放置的极板间，到达右端荧光屏上形成亮斑。当极板不加电压时，亮斑在；当极板加电压U时，亮斑在；保持该电压，再在极板间加一个大小为B、垂直于纸面的匀强磁场，亮斑又重新回到；然后撤去板间电压，保留匀强磁场，亮斑在。极板长L，间距为d，极板右端到屏的距离为D，的间距为y，实际测量时电子在磁场中的速度偏转角很小，则（很小时，）（     ） A．接正极接负极，磁场垂直于纸面向里 B．电子打在的速度大小为 C．电子的比荷为 D．电子的比荷为 4．（25-26高二下·四川成都·期中）如图所示，关于图中所示的元件正常工作时，下列说法正确的是（     ） A．在甲图中，若载流子带负电，稳定时左侧面P板电势高 B．在乙图中，仅增加磁场B的大小，粒子的最大动能不一定增大 C．在丙图中，该装置只能选择一定速度的带电粒子，可以判断带电粒子的电性和种类 D．在丁图中，突然加大螺线管N的电流，铜环M有缩小趋势，螺线管N有伸长趋势 5．（26-27高三上·四川成都·开学考试）（多选）如图，真空中有区域Ⅰ和Ⅱ，区域Ⅰ中存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下（与纸面平行），磁场方向垂直纸面向里，半径为的圆形磁场区域Ⅱ内存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外。图中A、C、D三点在同一直线上。A点处的粒子源持续将比荷一定但速率不同的粒子射入区域Ⅰ中，只有沿直线AC运动的粒子才能进入区域Ⅱ。若区域Ⅰ中电场强度大小为、磁感应强度大小为，区域Ⅱ中磁感应强度大小为，它们在区域Ⅱ中运动的时间为，速度偏转角为，半径为，且，若改变电场或磁场强弱，能进入区域Ⅱ中的粒子在区域Ⅱ中运动的时间为，速度偏转角为，不计粒子的重力及粒子之间的相互作用，下列说法正确的是（　　） A．若仅将区域Ⅰ中磁感应强度大小变为，则 B．若仅将区域Ⅰ中电场强度大小变为，则 C．若仅将区域Ⅱ中磁感应强度大小变为，则 D．若仅将区域Ⅱ中磁感应强度大小变为，则 ⏳题型02 质谱仪 6．（25-26高二下·四川凉山·期中）如图所示，图甲为质谱仪的原理图，图乙为磁流体发电机的原理图，图丙为回旋加速器的原理图，图丁为洛伦兹力演示仪的原理图。下列说法中正确的是（     ） A．在图甲中，比荷为的粒子在质谱仪区域中运动的半径为 B．在图乙中，将一束等离子体喷入磁场中，A、B板间产生电势差，B板电势更高 C．在图丙中，狭缝中所接的交流电压越大，带电粒子最终获得的最大动能越大 D．在图丙中，仅减小通过励磁线圈的电流，则电子的运动半径减小 7．（25-26高二下·四川德阳·期中）如图为某质谱仪的示意图，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、、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的电场强度的大小为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右，且三种粒子电性可正可负 B．三种粒子打在MN上时速度不相等 C．如果三种粒子的电荷量相等，则打在点的粒子质量最大 D．如果三种粒子电荷量均为，且、点的间距为，则打在、两点的粒子质量差为 8．（25-26高三上·四川成都·期末）如图是质谱仪的工作原理示意图。现有一束几种质量不同的正离子，经过加速电场加速后，垂直射入速度选择器（速度选择器内有相互正交的匀强电场E和匀强磁场B1），离子束保持原运动方向未发生偏转。接着进入另一匀强磁场B2，发现这些离子分成几束。由此可得结论（     ） A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向内 B．这些离子通过狭缝的速率都等于 C．这些离子的电量一定不相同 D．这些离子的比荷一定不相同 9．（25-26高二下·四川南充·期中）关于洛伦兹力的应用，下列说法正确的是（　　） A．图甲是回旋加速器的示意图，增加电压U，粒子获得的最大动能增大 B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断图中A为负极，B为正极 C．图丙是速度选择器，只有的带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器 D．图丁是质谱仪的主要原理图。其中、、在磁场中偏转半径最大的是 10．（2026·四川南充·二模）（多选）某质谱仪简化结构如图，在平面的区域存在方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场，在轴处放置照相底片，大量a、b两种离子（其初速度视为零）经电压为的加速电场加速后，由坐标原点开始，在轴左右两侧与轴均成角的范围内垂直磁场方向射入磁场，最后打到照相底片上，已知a、b两种离子的电荷量均为，质量分别为和，，不考虑离子间相互作用。下列说法正确的是（　　） A．a离子在磁场中的速度大小为 B．b离子在照相底片上形成的亮线长度为 C．打在照相底片上的a、b两种离子间的最近距离为 D．若加速电压在之间波动，要在底片上完全分辨出a、b两种离子，则不超过 ⏳题型03 回旋加速器 11．（26-27高三上·四川成都·开学考试）（多选）如图所示，回旋加速器主要由两个 D 形金属盒、高频交流电源、匀强电场磁场系统等构成，金属盒半径为 R，电源电压大小为 U，两盒间狭缝的间距为 d，两盒放在磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近。若粒子源射出的粒子电荷量为 Q，质量为 m，初速度为 0，需同时考虑粒子在电场中和磁场中的运动时间，但不考虑相对论效应。下列说法正确的是（    ） A．交流电压增大，电场每次对粒子做的功和粒子最终获得的最大动能均增大 B．粒子获得的最大动能为 C．为确保粒子每次都能在到达狭缝时被加速，交流电的周期必须保持不变 D．粒子从粒子源射出至离开回旋加速器的总时间为 12．（25-26高二上·四川成都·期末）电磁场与现代科技密切关联，在科学研究和工业生产中有重要应用。关于以下四个科技实例，下列说法正确的是（     ） A．甲图中电子束出射速度不变，励磁线圈电流变大时，电子束径迹形成的圆半径变大 B．乙图中不改变质谱仪各区域的电场、磁场时，击中光屏同一位置的粒子比荷一定相同 C．丙图中载流子为负电荷的霍尔元件有如图所示的电流和磁场时，N侧电势比M侧电势高 D．丁图中增大D形盒狭缝之间的电压U，粒子的最大动能增大 13．（23-24高二下·四川绵阳·阶段检测）如图所示为某回旋加速器示意图，利用回旋加速器对粒子进行加速，此时D形盒中的磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期为T，加速电压为U。忽略相对论效应和粒子在D形盒缝隙间的运动时间，下列说法中正确的是（   ） A．粒子能从磁场中获得动能 B．保持B、U和T不变，该回旋加速器可以加速质子 C．只增大加速电压，粒子获得的最大动能增大 D．只增大加速电压，粒子在回旋加速器中运动的时间变短 14．（25-26高二下·四川绵阳·期末）（多选）如图所示是回旋加速器的原理示意图。忽略粒子在电场中运动时间，不考虑粒子质量变化。回旋加速器形盒半径不变，垂直于盒面的匀强磁场磁感应强度B不变，加速电源参数可调，同一回旋加速器分别对从粒子源释放的氘核和碳核加速，下列说法正确的是（     ） A．对和加速的加速电源频率之比为1：1 B．对和加速的加速电源频率之比为1：6 C．加速后和获得的最大动能之比为1：1 D．加速后和获得的最大动能之比为1：6 15．（2026·四川成都·模拟预测）（多选）回旋加速器核心部分由两个中空的半圆形金属盒、，和一个狭缝组成，两形盒分别与高频交流电源的两极相连，狭缝间形成周期性变化的电场，带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略不计，磁感应强度为的匀强磁场与盒面垂直，形金属盒半径为，处粒子源产生粒子的质量为、电荷量为，在加速器中被加速，设粒子初速度为零，加速电压为，不考虑重力作用和相对论效应，下列说法中正确的是（     ） A．每次加速电场力对粒子做功相同 B．粒子从静止开始加速到出口处所需的时间约为 C．加速电压越大粒子能获得的最大动能越大 D．粒子在回旋加速器中运动时，随轨道半径的增大，盒中相邻轨道的半径之差减小 ⏳题型04 磁流体发电机 16．（24-25高二下·四川南充·阶段检测）下列说法正确的是（　　） A．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，可增加加速电压U B．乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出A极板是发电机的正极 C．丙是速度选择器，带电粒子能够沿直线PQ通过的条件是，即 D．丁是磁电式电流表内部结构示意图，线圈在极靴产生的匀强磁场中转动 17．（25-26高二下·四川成都·期末）（多选）甲、乙、丙图分别是等离子体发电机、质谱仪和回旋加速器，且进入三种装置的带电粒子重力均不计，丁图中位于等边三角形顶点的两通有同向等大电流的直导线A、B平行放置。下列说法正确的是（     ） A．图甲中上极板A板是电源的正极 B．图乙中粒子打在照相底片D上的位置越靠近，粒子的比荷越大 C．图丙中若增大回旋加速器的加速电压，粒子获得的最大动能不变 D．图丁中 A、B在C处产生磁场的磁感应强度大小均为B0，则C处磁场的合磁感应强度大小是B0 18．（25-26高二下·四川凉山·阶段检测）如图，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，下列说法正确的是（     ） A．甲图可通过增加交变电流的电压U来增大粒子的最大动能 B．乙图可通过减小磁感应强度B来增大电源电动势 C．丙图无法判断出带电粒子的电性，粒子只能从左到右沿直线匀速通过速度选择器 D．丁图中产生霍尔效应时，无论载流子带正电或负电，稳定时都是C板电势高 19．（25-26高二上·四川巴中·期末）（多选）如图所示，下列说法正确的是（　　） 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初动能增大，增加D型盒的半径即可 B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出A极板是发电机的负极，B极板是发电机的正极 C．图丙是速度选择器，若电子（不计重力且只受电场和磁场的作用）从左向右沿直线匀速通过速度选择器，则电子也能从右向左匀速通过此速度选择器 D．图丁是质谱仪的工作原理示意图，若粒子的比荷越小，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S3 20．（25-26高二上·河北邢台·期末）（多选）磁流体发电机可简化为如下模型：两块长、宽分别为a、b的平行板，彼此相距L，板间通入已电离的速度大小为v的气流，两板间存在一磁感应强度大小为B的匀强磁场，磁场方向与两板平行，并与气流速度方向垂直，如图所示。把两板与电阻箱R连接起来，在洛伦兹力作用下，气流中的正、负离子分别向两板移动形成电流。已知该气流的电阻率为。不计离子间的相互作用，下列说法正确的是（    ） A．平行板中上板带负电 B．平行板间的电阻为 C．稳定时，两平行板间的电压为BLv D．仅调整电阻箱阻值，电阻箱的最大功率为 ⏳题型05 霍尔效应 21．（25-26高二上·四川宜宾·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）。下列说法中正确的是（　　） A．该霍尔元件的载流子带正电 B．若变大，则电势差不变 C．车速与单位时间内的脉冲数成正比 D．电势差与车速成正比 22．（25-26高二下·四川宜宾·阶段检测）如图，一长度为，宽度为，厚度为（）的长方体导体板放在方向与前表面垂直，磁感应强度为的匀强磁场中，导体板内单位体积内自由电子的个数为，通过导体板的电流为，电子电荷量为，导体板的上、下表面之间产生电势差。则下列说法正确的是（     ） A．上表面的电势高于下表面 B．电势差 C．若仅使电流方向从上向下，其他条件不变，则左、右表面间电势差 D．若将导体板挖成薄壁空腔并充满电解质溶液，通电后霍尔电压不为零 23．（25-26高二上·四川眉山·阶段检测）如图所示，长方体金属块放在匀强磁场中，有电流通过金属块，则下面说法正确的是（　　） A．上表面电势高于下表面 B．前表面电势高于后表面 C．左侧面电势高于右侧面 D．无法判断 24．（25-26高三上·四川德阳·阶段检测）现代出租车使用的电子里程计，其核心部件之一是霍尔元件，如图所示。该元件被安装在车轮附近，一块磁铁则固定在轮毂上随车轮转动，每当磁铁靠近霍尔元件时，元件就会输出一个脉冲电压信号，行车电脑通过记录脉冲次数并结合车辆参数，即可计算行驶里程。此现象主要利用了霍尔效应，已知该霍尔元件的宽度为a，长度为c，通有恒定电流I，磁场方向垂直于电流方向。下列说法正确的是（　　） A．其余条件不变，c越长，脉冲电压峰值越大 B．该霍尔元件输出脉冲电压信号是通过上下两表面输出 C．行车电脑最终计算出的里程，与车轮直径无关，与脉冲电压频率有关 D．若将恒定电流I增大为原来的两倍，则每次产生的脉冲电压峰值也会增大为原来的两倍 25．（2025·四川巴中·模拟预测）如图为微量振荡天平测量大气颗粒物质量的原理简图。气流穿过滤膜后，颗粒物附着在滤膜上增加锥形振荡管的质量，从而改变其固有频率。起振器从低到高改变振动频率，记录霍尔元件a、b端输出的电信号，从而推测出滤膜上颗粒物质量。某金属材料制成的霍尔元件宽度为d，下列说法正确的是（　　） A．若起振器振动频率改变，锥形振荡管的振动频率不变 B．霍尔元件上表面的电势高于下表面的电势 C．锥形振荡管左右振动时，霍尔元件的a、b端输出交流信号 D．霍尔元件的宽度d减小，霍尔电压的最大值增大 重难·创新演练 26．（25-26高三上·四川成都·阶段检测）（多选）以下四幅图片中：图甲是励磁线圈的应用；图乙是回旋加速器工作原理示意图；图丙是多级直线加速器的原理示意图；图丁是质谱仪原理图，下列说法中正确的是（     ） A．图甲中，通过励磁线圈的电流越大，电子的运动径迹半径越小 B．图乙中，电场进行偏转，磁场进行加速 C．图丙中，多级直线加速器一定比回旋加速器更有优势 D．图丁中，粒子打在上的位置越靠近狭缝，粒子的比荷越大 27．（25-26高二下·四川成都·期中）（多选）如图，关于两种仪器，下列说法正确的是（     ） A．甲图中，回旋加速器加速带电粒子的最大动能与加速电压有关 B．甲图中，回旋加速器加速带电粒子的最大动能与加速电压无关 C．乙图中，带正电的粒子可以从N向M沿直线匀速通过速度选择器 D．乙图中，带负电的粒子可以从M向N沿直线匀速通过速度选择器 28．（25-26高三下·北京·开学考试）关于下列四幅图的说法正确的是（　　） A．图甲是回旋加速器的结构示意图，粒子从磁场中获得能量被加速 B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出B极板是发电机的负极，A极板是正极 C．图丙是某霍尔元件的原理示意图，若要提高其测量磁场的灵敏度，可让电流I大一些 D．图丁为速度选择器和质谱仪的组合装置示意图，不改变电场及磁场，沿直线经过速度选择器的粒子，则击中底片同一位置的粒子具有相同质量 29．（25-26高二上·四川自贡·期末）如图所示是某磁流体发电机的简化图，平行金属板之间有一匀强磁场，一束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，用电器与两个极板相连，下列说法正确的是（    ） A．用电器中的电流方向为从B到A B．等离子体中的负离子向上极板聚集 C．若只增大喷入离子的速度，发电机的电动势减小 D．若只增大磁场的磁感应强度，发电机的电动势增大 30．（25-26高二上·浙江·期中）（多选）如图所示为一简易磁流体发电机模型，其发电通道为一长宽高分别为l、a、b的长方体空腔，整个发电通道处于磁感应强度为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场中。不计上下两块极板的电阻，极板与外部定阻R构成闭合回路。将高温等离子体以恒定速率v送入发电通道，等离子体的电阻率为ρ，忽略等离子体的重力和相互作用力。闭合开关，稳定时，发电通道出入口之间存在稳定压强差，则下列说法正确的是（　　） A．洛伦兹力充当非静电力形成电动势，稳定时进入发电通道的正负电荷做直线运动 B．稳定时，两极板间的电势差大小为Bav，且上极板带正电 C．回路中电流大小 D．电离气体流经发电通道时转化为电能的效率 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $