高考专题十磁场应用创新题组

这是一份高考专题十磁场应用创新题组，共16页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
专题十　磁场
应用创新题组
(时间:70分钟　满分:110分)
一、单项选择题(每小题4分,共20分)
1.(2022届娄底一中月考物理学史)1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,凭借此项成果,他于1939年获得诺贝尔物理学奖,其原理如图所示,置于真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可忽略;磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直,高频交流电频率为f,加速电压为U。若A处粒子源产生质子的质量为m、电荷量为q,在加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。则下列说法正确的是(　　)

A.带电粒子由加速器的边缘进入加速器
B.被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大
C.质子离开回旋加速器时的最大动能与D形盒半径成正比
D.该加速器加速质量为4m、电荷量为2q的α粒子时,交流电频率应变为f2
答案　D　带电粒子由加速器的中心进入加速器,A错误;由周期公式T=2πmqB可知,被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期与半径无关,B错误;质子离开回旋加速器时的最大动能Ekm=12mvm2,R=mvmqB,联立可得Ekm=q2B2R22m,C错误;加速质子时,有f=1T=qB2πm,加速α粒子时,有f'=1T'=2qB2π×4m=qB4πm=f2,D正确。
2.(2021河南实验中学期中,8科技工程)如图所示,图甲为磁流体发电机原理示意图,图乙为质谱仪原理图,图丙和图丁分别为多级直线加速器和回旋加速器的原理示意图,忽略粒子在图丁的D形盒狭缝中的加速时间,下列说法正确的是(　　)


A.图甲中,将一束等离子体喷入磁场,A、B板间产生电压,A板电势高
B.图乙中,11H、12H、13H三种粒子经加速电场射入磁场,13H在磁场中的偏转半径最大
C.图丙中,加速电压越大,粒子获得的能量越高,比回旋加速器更有优势
D.图丁中,随着粒子速度的增大,交变电流的频率也应该增大
答案　B　由左手定则知正离子向下偏转,所以下极板带正电,B板电势高,故A错误;由qU=12mv2和qvB=mv2R,解得R=1B2Umq,11H、12H、13H三种粒子经加速电场射入磁场,13H在磁场中的偏转半径最大,故B正确;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,故C错误;在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,则qvB=mv2r,T=2πrv,联立解得T=2πmqB,粒子做圆周运动的周期没变,故交流电的频率不变,故D错误。
3.(2021湛江一中月考,6科技工程)如图所示是磁流体发电机的示意图,两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场。一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量正、负带电粒子)沿垂直于磁场的方向喷入磁场。把P、Q与电阻R相连接。下列说法正确的是(　　)

A.Q板的电势高于P板的电势
B.R中有由b向a方向的电流
C.若只改变磁场强弱,R中电流保持不变
D.若只增大粒子入射速度,R中电流增大
答案　D　等离子体进入磁场,根据左手定则可知正电荷向上偏,打在上极板,负电荷向下偏,打在下极板,所以上极板带正电,下极板带负电,故P板的电势高于Q板的电势,流过电阻电流方向由a到b;稳定时电场力等于洛伦兹力,qUd=qvB,则U=Bdv,由欧姆定律可知,I=UR+r=BdvR+r,电流与磁感应强度成正比,改变磁场强弱,R中电流也改变;分析可以知道,若只增大粒子入射速度,R中电流也会增大;故选D。
4.(2022届泰安一中月考,7典型模型)如图所示是一种由加速电场、静电分析器和磁分析器组成的质谱仪示意图。已知静电分析器的四分之一圆弧通道的半径为R,通道内有一方向均指向圆心O的均匀辐射电场,电场强度大小为E。磁分析器中有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B。现使位于A处的离子从静止开始经加速电场U加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器,离开P点进入磁分析器后,最终打在乳胶片上的Q点。下列判断正确的是　(　　)

A.该种离子可以为正离子,也可以为负离子
B.加速电场的电压U是与离子比荷无关的定值
C.加速电场的电压U的大小与离子比荷有关
D.同位素在该装置中一定打在乳胶片上的同一位置
答案　B　均匀辐射电场方向均指向圆心O,离子进入静电分析器后受指向圆心的电场力,该力提供离子做圆周运动所需的向心力,故离子只能为正离子,A错误;因R为定值,且Eq=mv2R,又qU=12mv2,得到U=12ER,故加速电场的电压U是一个与离子比荷无关的定值,B正确,C错误;离子进入磁分析器的磁场后,Bqv=mv2r,得r=mvBq=1BEmRq,同位素的质子数相同,中子数不同,则q一定相同,m一定不同,故一定不能打在乳胶片上的同一位置,D错误。
5.(2021济宁一模,6解法创新)如图所示,在直角坐标系xOy中,x轴上方有匀强磁场,磁感应强度的大小为B,磁场方向垂直于纸面向外。许多质量为m、电荷量为+q的粒子,以相同的速率v沿纸面内,由x轴负方向与y轴正方向之间各个方向从原点O射入磁场区域。不计重力及粒子间的相互作用。下列图中阴影部分表示带电粒子在磁场中可能经过的区域,其中R=mvqB,正确的图是(　　)



答案　D　由左手定则可知带正电粒子的偏转方向,以R=mvBq为半径作圆a和圆b,如图所示,将圆a以O点为旋转中心顺时针转动,直到与b圆重合,可以判断出图D正确。

二、多项选择题(每小题6分,共36分)
6.(2021常德芷兰实验学校一模科技工程)(多选)如图,电磁流量计的测量管横截面直径为D,在测量管的上下两个位置固定两金属电极a、b,整个测量管处于水平向里的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。当含有正、负离子的液体从左向右匀速流过测量管时,连在两个电极上的显示器显示的流量为Q(单位时间内流过的液体体积),下列说法正确的是(　　)

A.a极电势高于b极电势
B.液体流过测量管的速度大小为QπD2
C.a、b两极之间的电压为4QBπD
D.若流过的液体中离子浓度变高,显示器上的示数将变大
答案　AC　由左手定则可知,正离子向上偏转,负离子向下偏转,故a极电势高于b极电势,A正确;由于Q=vS=v·14πD2,解得液体流过测量管的速度大小为v=4QπD2,B错误;当达到平衡时有UDq=qvB,解得a、b两极之间的电压为U=4QBπD,C正确;因a、b两点间的电压与流过的液体中离子浓度无关,则当离子浓度变高时,显示器上的示数不变,D错误。
7.(2021四川成都模拟,12科技工程)(多选)如图,一质谱仪由加速电场、静电分析器、磁分析器构成。静电分析器通道的圆弧中心线半径为R,通道内有均匀辐向电场,中心线处的场强大小为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,则(　　)

A.加速电场的电压U需满足的关系为U=12ER
B.若qL3,B