第十一章 磁场-5电磁学仪器 高三物理一轮复习

「回旋加速器」

1.(多选)(2022·福建龙质量检查)回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图所示.其核心部件是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒(D1、D2)，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，D形盒的半径为R.质量为m、电荷量为q的质子从D1半盒的质子源(A点)由静止释放，加速到最大动能Ekm后经粒子出口处射出.若忽略质子在电场中的加速时间，且不考虑相对论效应，则下列说法正确的是（  ）

A．质子加速后的最大动能Ekm与交变电压U大小无关

B．质子在加速器中的运行时间与交变电压U大小无关

C．回旋加速器所加交变电压的周期为πR

D．D2盒内质子的轨道半径由小到大之比为1∶∶∶…

2.(多选)(2022·江西质检)如图所示是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源两端相连.现分别加速质子(H)和氘核(H).下列说法中正确的是（  ）

A．它们的最大速度相同

B．质子的最大动能大于氘核的最大动能

C．加速质子和氘核所用高频电源的频率相同

D．仅增大高频电源的电压不可能增大粒子的最大动能

3.(多选)(2022·安徽质检)回旋加速器是高能物理中的重要仪器，其原理是利用磁场和电场使带电粒子回旋加速运动，在运动中经高频电场反复加速从而使粒子获得很高的能量。如图甲所示，两个D形金属盒置于恒定的匀强磁场中，并分别与高频电源相连(电压随时间变化如图乙所示)，D形盒半径为R，匀强磁场的磁感应强度为B，两D形盒间距离为d(d≪R)。若用回旋加速器加速氘核H(设氘核质量m、电荷量q)，则下列判断正确的是（  ）

A．加速电压U0越大，氘核获得的最大动能越大

B．氘核加速的最大动能为

C．氘核在电场中运动的总时间为

D．该回旋加速器不可以用来加速氦核(He)

4.如图所示为一种改进后的回旋加速器示意图，在D形盒边上的缝隙间放置一对中心开有小孔a、b的平行金属板M、N。每当带正电的粒子从a孔进入时，就立即在两板间加上恒定电压，粒子经加速后从b孔射出时，立即撤去电压。而后粒子进入D形盒中的匀强磁场，做匀速圆周运动。缝隙间无磁场，不考虑相对论效应，则下列说法正确的是（  ）

A．两D形盒中的磁场方向均垂直纸面向外

B．粒子做圆周运动的周期不断变大

C．粒子每运动一周运动轨迹直径的增加量越来越小

D．增大两板间电压，粒子最终获得的最大动能变大

5.回旋加速器原理如图所示，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，它们接在交流电源上，位于D1圆心处的离子源A能不断产生正离子，它们在两盒之间被电场加速，当正离子被加速到最大动能Ek后，再设法将其引出。已知正离子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小恒为U，磁场的磁感应强度为B，D型盒的半径为R，狭缝之间的距离为d。设正离子从离子源出发时的初速度为零。

（1）试计算上述正离子被第一次加速后进入D2中运动的轨道半径；

（2）计算正离子飞出时的最大动能；

（3）设该正离子在电场中的加速次数与回旋半周的次数相同，试证明当R≫d时，正离子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计(正离子在电场中运动时，不考虑磁场的影响)。

「速度选择器和质谱仪」

6.在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直.一带电粒子(重力不计)从左端以速度v沿虚线射入后做直线运动，则该粒子（  ）

A．一定带正电

B．速度v＝

C．若速度v＞，粒子一定不能从板间射出

D．若此粒子从右端沿虚线方向进入，仍做直线运动

7.如图所示是一速度选择器，当粒子速度满足v0＝时，粒子沿图中虚线水平射出；若某一粒子以速度v射入该速度选择器后，运动轨迹为图中实线，则关于该粒子的说法正确的是（  ）

A．粒子射入的速度一定是v>

B．粒子射入的速度可能是v<

C．粒子射出时的速度一定大于射入速度

D．粒子射出时的速度一定小于射入速度

8.(2021·福建模拟)质谱仪的原理如图所示，虚线AD上方区域处在垂直纸面向外的匀强磁场中，C、D处有一荧光屏.同位素离子源产生a、b两种电荷量相同的离子，无初速度进入加速电场，经同一电压加速后，垂直进入磁场，a离子恰好打在荧光屏C点，b离子恰好打在D点.离子重力不计.则（  ）

A．a离子质量比b的大

B．a离子质量比b的小

C．a离子在磁场中的运动时间比b的长

D．a、b离子在磁场中的运动时间相等

9.(2022·天津名校联考)如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器内有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外。一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，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，不计粒子重力，下列说法中正确的是（  ）

A．加速电场的电压U＝ER

B．极板M比极板N电势低

C．PQ＝2B

D．若一群粒子从静止开始经过上述过程都落在胶片上的同一点，则该群粒子的比荷相等

「磁流体发电机」

10.(多选)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)沿图中所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就聚集了电荷。在磁极配置如图中所示的情况下，下列说法正确的是（  ）

A．A板带正电

B．有电流从b经用电器流向a

C．金属板A、B间的电场方向向下

D．等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受电场力

11.(多选)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、负带电离子)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a向b方向的电流

C．若只改变磁场强弱，R中电流保持不变

D．若只增大离子入射速度，R中电流增大

12.(2022·福建质量检测)磁流体发电机的原理如图所示.将一束等离子体连续以速度v垂直于磁场方向喷入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，可在相距为d、面积为S的两平行金属板间产生电压.现把上、下板和电阻R连接，上、下板等效为直流电源的两极.等离子体稳定时在两极板间均匀分布，电阻率为ρ.忽略边缘效应及离子的重力，下列说法正确的是（  ）

A．上板为正极，a、b两端电压U＝Bdv

B．上板为负极，a、b两端电压U＝

C．上板为正极，a、b两端电压U＝

D．上板为负极，a、b两端电压U＝

13.(多选)如图所示为磁流体发电机的原理图.金属板M、N之间的距离为d＝20 cm，磁场的磁感应强度大小为B＝5 T，方向垂直纸面向里.现将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正离子和负离子，整体呈电中性)从左侧喷射入磁场，发现在M、N两板间接入的额定功率为P＝100 W的灯泡正常发光，且此时灯泡电阻为R＝100 Ω，不计离子重力和发电机内阻，且认为离子均为一价离子，则下列说法中正确的是（  ）

A．金属板M上聚集负电荷，金属板N上聚集正电荷

B．该发电机的电动势为100 V

C．离子从左侧喷射入磁场的初速度大小为103 m/s

D．每秒有6.25×1018个离子打在金属板N上

「电磁流量计」

14.电磁流量计如图甲所示，它是利用磁场对电荷的作用测出流过容器液体的流量，其原理可以简化为如图乙所示模型，液体内含有大量正、负离子，从容器左侧流入，右侧流出。在竖直向下的匀强磁场作用下，下列说法正确的是（  ）

A．带电粒子受到竖直方向的洛伦兹力

B．带负电离子与带正电粒子受力方向相同

C．上下两侧面有电势差

D．前后两侧面有电势差

15.(多选)(2022·江苏第二次模拟)安装在排污管道上的流量计可以测量排污流量Q，流量为单位时间内流过管道横截面的流体的体积，如图所示为流量计的示意图。左右两端开口的长方体绝缘管道的长、宽、高分别为a、b、c，所在空间有垂直于前后表面、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N，污水充满管道从左向右匀速流动，测得M、N间电势差为U，污水流过管道时受到的阻力大小f＝kLv2，k是比例系数，L为管道长度，v为污水的流速。则（  ）

A．电压U与污水中离子浓度无关

B．污水的流量Q＝

C．金属板M的电势低于金属板N的电势

D．左、右两侧管口的压强差Δp＝

16.(多选)(2021·湖北调研)全国各省市打响碧水蓝天保卫战，调查组在某化工厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，测量管由绝缘材料制成，水平放置，其长为L、直径为D，左右两端开口，匀强磁场方向竖直向上(图中未画出)，在前后两个内侧面a、c上固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经测量管时，a、c两端电压为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)，下列说法正确的是（  ）

A．a侧电势比c侧电势低

B．若污水中正离子较多，则a侧电势比c侧电势高；若污水中负离子较多，则a侧电势比c侧电势低

C．污水中离子浓度越高，显示仪器的示数越大

D．U与污水流量Q成正比，与L无关

「霍尔元件」

17.(2022·北京模拟)笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏暮熄灭，电脑进入休眠状态。如图所示，一块宽为a、高为b、长为c的长方体半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流I时，电子的定向移动速度为v，当显示屏闭合时元件处垂直于上表面、方向向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压U，以此控制屏幕的熄灭。则元件的（  ）

A．前表面的电势比后表面的低

B．前、后表面间的电压U＝Bve

C．前、后表面间的电压U与I成正比

D．自由电子受到的洛伦兹力大小为

18.(多选)(2022·无锡调研)自行车速度计利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率.如图甲所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器会输出一个脉冲电压.图乙为霍尔元件的工作原理图.当磁场靠近霍尔元件时，导体内定向运动的自由电荷在磁场力作用下偏转，最终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，即为霍尔电势差.下列说法正确的是（  ）

A．根据单位时间内的脉冲数和自行车车轮的半径即可获知车速大小

B．自行车的车速越大，霍尔电势差越高

C．图乙中霍尔元件的电流I是由正电荷定向运动形成的

D．如果长时间不更换传感器的电源，霍尔电势差将减小