2027届高三物理一轮复习试题第11章第5讲专题提升：现代科技中的电场与磁场（Word版含解析）

这是一份2027届高三物理一轮复习试题第11章第5讲专题提升：现代科技中的电场与磁场（Word版含解析），共39页。试卷主要包含了某同步加速器的简化模型如图所示，一回旋加速器的示意图如图所示等内容，欢迎下载使用。
题组一 质谱仪
1.质谱仪工作的原理图如图甲所示,已知质量为m、电荷量为q的粒子,从容器A下方的小孔飘入电势差为U的加速电场,其初速度几乎为0,经电场加速后,由小孔S沿着与磁场垂直的方向,进入磁感应强度为B的匀强磁场中。粒子在S点的速度与磁场边界垂直,最后打在照相底片上的P点,且SP=x。忽略粒子所受的重力,通过测量得到x与U的关系如图乙所示,已知图线斜率的大小为k=0.5,匀强磁场的磁感应强度B=2×10-4 T,π取3.14,则下列说法正确的是( )
A.该粒子带负电
B.该粒子比荷为9×108 C/kg
C.该粒子在磁场中运动的时间约为1.96×10-5 s
D.若电压U不变,打到Q点的粒子比荷大于打到P点的粒子比荷
2.(2026江苏南京月考)如图所示,一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场和匀强电场组成的速度选择器,然后粒子通过平板S上的狭缝P进入平板下方的匀强磁场,平板下方的磁场方向如图所示。粒子最终打在S板上,粒子重力不计,则下面说法正确的是( )
A.粒子带负电
B.速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向里
C.能沿直线通过狭缝P的粒子具有相同的动能
D.粒子打在平板S上的位置离狭缝P越远,粒子的比荷qm越小
题组二 回旋加速器
3.(2025广东汕尾期末)如图所示,回旋加速器是利用磁场使带电粒子回旋至交变电场中加速的装置,图中虚线1、2是某一粒子从静止开始不断被电场加速后回旋过程的部分轨迹(其他轨迹未画出),轨迹的半径之比r1∶r2=1∶2,两轨迹对应粒子的动能分别为Ek1、Ek2,角速度分别是ω1、ω2,从静止开始运动到图中两轨迹时,粒子被电场加速的次数分别为n1、n2,则( )
A.两轨迹圆心位置相同
B.Ek1∶Ek2=1∶2
C.ω1∶ω2=2∶1
D.n1∶n2=1∶4
4.(多选)(2025福建莆田模拟预测)某同步加速器的简化模型如图所示。M、N为两块中心开有小孔的平行金属板。t=0时刻,质量为m、电荷量为q的带正电粒子A(不计重力)从M板小孔飘入两板间,初速度可视为零。当粒子进入两板间时,两板间的电势差变为U,粒子得到第一次加速;当粒子离开N板时,两板上的电势差立即变为零。两板外部环形区域内存在垂直于纸面的匀强磁场(图中未画出),粒子在磁场作用下做半径为R的圆周运动,R远大于板间距离。粒子经电场多次加速,动能不断增大,为使R保持不变,磁场必须相应地变化。不计粒子加速时间及其做圆周运动产生的电磁辐射,不考虑磁场变化对粒子速度的影响及相对论效应。下列说法正确的是( )
A.环形区域内磁场方向垂直于纸面向里
B.粒子绕行n周回到M板时的速度大小为n2qUm
C.粒子绕行第n周时的磁感应强度为1R2nmUq
D.粒子在绕行的第n周内静电力对A做功的平均功率为qUπRnqU4m
题组三 电场与磁场叠加的应用实例
5.(2026广东深圳开学考试)如图所示,24He(初速度为零)经加速电场加速后,沿虚线做直线运动进入速度选择器,打到底面照相底片上的O点。若 12H(初速度为零)经同一加速电场加速后,进入速度选择器,最后仍能打到底面的照相底片上,则下列说法正确的是( )
A.速度选择器中磁场方向垂直于纸面向外
B.12H打到O点左侧
C.12H打到O点
D.增大加速电场的电压,24He将打到O点左侧
6.(2025陕西西安模拟)智能驾驶备受人们的青睐,而霍尔元件在智能驾驶中起着重要的作用,能够实时监测汽车的速度。当磁体靠近霍尔元件时的模拟图如图所示,磁感应强度大小为B,元件中通入的电流为I,导体中的载流子是电子,导体沿磁场方向的长度为d,高度为h,下列说法正确的是( )
A.该元件上表面的电势高于下表面的电势
B.若将电流和磁场都反向,则上表面的电势低于下表面的电势
C.磁感应强度B增大,上、下表面的电势差减小
D.减小通入的电流I,上、下表面的电势差增大
7.(2025北京大兴三模)电磁流量计广泛应用于测量可导电液体(如污水)在管中的流量(单位时间内通过管内横截面的流体的体积)。为了简化,假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道,其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c,流量计的两端与输送流体的管道相连接(图中虚线)。图中流量计的上、下两面是金属材料,前后两面是绝缘材料,现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直于前后两面,当导电流体稳定地流经流量计时,在管外将流量计上、下两表面分别与一串联了电阻R的电流表的电路连接,I表示测得的电流值,已知流体的电阻率为ρ,不计电流表的内阻,则( )
A.流量为IBbR+ρac
B.流量为IBcR+ρba
C.若污水浓度变大,则流体的电阻率变大
D.若流体的电阻率变小,则上、下两板间电势差将变大
综合提升练
8.(多选)(2025宁夏银川三模)电磁场与现代高科技密切关联,并有重要应用。如图所示,带电粒子(不计重力)在以下四种器件中运动的说法正确的是( )
甲
乙
丙
丁
A.图甲是速度选择器的结构示意图,速度v=EB的带电粒子能够沿直线从右侧进入并匀速通过速度选择器
B.图乙是质谱仪的结构示意图,粒子打在底片上的位置越靠近狭缝S3,说明粒子的比荷越大
C.图丙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,可增大D形盒半径
D.图丁是磁流体发电机的结构示意图,将一束等离子体喷入磁场,A、B两板间会产生电压,且B板电势低
9.(12分)一回旋加速器的示意图如图所示。它由两个D形金属扁盒组成,两个D形盒正中间开有一条狭缝;两个D形盒处在匀强磁场中并接在高频交变电源上。在D1盒中心A处有粒子源,它产生并发出带电粒子,经狭缝电压加速后,进入D2盒中。粒子在磁场力的作用下运动半个圆周后,垂直通过狭缝,再经狭缝电压加速;为保证粒子每次经过狭缝都被加速,设法使交变电压的周期与粒子在狭缝及磁场中运动的周期一致。如此周而复 始,粒子速度越来越大,运动半径也越来越大,最后到达D形盒的边缘,以最大速度被导出。已知某粒子电荷量为q、质量为m,加速时狭缝间电压大小恒为U,磁场的磁感应强度为B,D形盒的半径为R,设狭缝很窄,粒子通过狭缝的时间可以忽略不计。设该粒子从粒子源发出时的初速度为零,不计粒子重力和粒子间的相互作用力,忽略相对论效应,求:
(1)交变电压的周期T;
(2)粒子被加速后获得的最大动能Ekm;
(3)粒子在回旋加速器中运动的总时间。
10.(15分)(2025云南卷)磁屏蔽技术可以降低外界磁场对屏蔽区域的干扰。如图所示,x≥0区域存在垂直于xOy平面向里的匀强磁场,其磁感应强度大小为B1(未知)。第一象限内存在边长为2L的正方形磁屏蔽区ONPQ,经磁屏蔽后,该区域内的匀强磁场方向仍垂直于xOy平面向里,其磁感应强度大小为B2(未知),但满足0