2025届高考物理一轮复习第11章磁场第5讲专题提升现代科技中的电场与磁场问题练习含答案

这是一份2025届高考物理一轮复习第11章磁场第5讲专题提升现代科技中的电场与磁场问题练习含答案，共8页。试卷主要包含了6×106 m/sB，4×107 m/sD等内容，欢迎下载使用。

题组一 电场与磁场组合的应用实例
1.(2023广东卷)某小型医用回旋加速器最大回旋半径为0.5 m,磁感应强度大小为1.12 T,质子加速后获得的最大动能为1.5×107 eV。根据给出的数据,可计算质子经该回旋加速器加速后的最大速率约为(忽略相对论效应,1 eV=1.6×10-19 J)( )
A.3.6×106 m/sB.1.2×107 m/s
C.5.4×107 m/sD.2.4×108 m/s
2.(多选)质谱仪的内部结构如图所示,容器A中有质量分别为m1、m2,电荷量相同的两种粒子(不计重力),它们从容器A下方的小孔S1不断飘入电压为U的加速电场(初速度视为零),沿直线S1S2(S2为小孔)与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场,最后打在水平放置的照相底片上。由于实际加速电压的大小在U±ΔU范围内微小变化,这两种粒子在底片上可能发生重叠。下列说法正确的是( )
A.两种粒子均带正电
B.打在M处的粒子质量较大
C.若U一定,ΔU越大越容易发生重叠
D.若ΔU一定,U越大越容易发生重叠
3.(2024广东河源高三开学考试)物理学家劳伦斯发明了世界上第一台回旋加速器,因此获得1939年诺贝尔物理学奖。回旋加速器的基本结构如图所示,两个正对着的D形金属盒处在垂直底面的匀强磁场中,两个D形盒之间的狭缝连接高压交流电源,整个装置处在真空环境中,实现对带电粒子的加速,且加速过程中忽略相对论效应和重力的影响。下列说法正确的是( )
A.带电粒子加速获得的能量来自磁场
B.随着带电粒子的加速,带电粒子在磁场中做圆周运动的周期将减小
C.仅增大D形盒的半径,带电粒子加速所获得的最大动能增大
D.加速质子H)的交流电源,也可以用来加速氘H)原子核
题组二 电场与磁场叠加的应用实例
4.如图所示,平行金属板之间有一个很强的磁场,将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体,沿图中所示方向喷入磁场。图中虚线框部分相当于发电机。把两个极板与用电器相连,则下列说法不正确的是( )
A.用电器中的电流方向从A到B
B.若只增大带电粒子电荷量,发电机的电动势增大
C.若只增强磁场,发电机的电动势增大
D.若只增大喷入粒子的速度,发电机的电动势增大
5.(2024广东深圳模拟)我国科研人员采用全新发电方式——“爆炸发电”,以满足高耗能武器的连续发射需求。其原理如图所示,爆炸将惰性气体转化为高速等离子体,射入磁流体动力学发生器,发生器的前、后有两强磁极N和S,使得上、下两金属电极之间产生足够高的电压。下列说法正确的是( )
A.上金属电极电势比下金属电极电势低
B.仅使L增大,两金属电极间的电动势会变大
C.仅使d增大,两金属电极间的电动势会变大
D.仅使b增大,两金属电极间的电动势会变大
6.(2023四川成都模拟)当电流垂直于外磁场通过导体时,载流子发生偏转,垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场,从而在导体的两端产生电势差(也称霍尔电势差),这一现象就是霍尔效应。现有一金属导体霍尔元件连在如图所示电路中,电源内阻不计,电动势恒定,霍尔电势差稳定后,则下列说法正确的是( )
A.若元件的厚度增加,a、b两端电势差减小
B.a端电势低于b端电势
C.若要测量赤道附近的地磁场,工作面应保持竖直
D.霍尔电势差的大小只由单位体积内电子数目和电子的热运动速率决定
7.(2024贵州贵阳模拟)如图所示,M为粒子加速器;N为速度选择器,两平行导体板之间有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场,磁场的方向垂直纸面向里,磁感应强度为B,从S点释放一初速度为0、质量为m、电荷量为q的带正电粒子,经M加速后恰能以速度v沿直线(图中平行于导体板的虚线)通过N。不计粒子重力。
(1)求粒子加速器M的加速电压U。
(2)求速度选择器N两板间的电场强度E的大小和方向。
(3)仍从S点释放另一初速度为0、质量为m、电荷量为2q的带正电粒子,离开N时粒子偏离图中虚线的距离为d,求该粒子离开N时的动能Ek。
综合提升练
8.(2023广东深圳调研)反亥姆霍兹线圈是冷原子实验室中的科研装置,结构如图所示。一对完全相同的圆形线圈,共轴放置。已知O为装置中心点,a、b、c、d点到O点距离相等,直线dOb与线圈轴线重合,直线cOa与轴线垂直。现两线圈内通入大小相等且方向相反的电流,则( )
A.两线圈间为匀强磁场
B.O点的磁感应强度为零
C.a、c两点的磁感应强度相同
D.b、d两点的磁感应强度相同
9.CT扫描是计算机X射线断层扫描技术的简称,图中的CT扫描机可用于对多种病情的探测。图甲是某种CT机主要部分的剖面图,其中X射线产生部分的示意图如图乙所示。图乙中M、N之间有一电子束的加速电场,虚线框内有匀强偏转磁场,经调节后电子束从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进,打到靶上,产生X射线(如图中带箭头的虚线所示),将电子束打到靶上的点记为P点。则( )
甲
乙
A.M接加速电压的正极
B.偏转磁场的方向垂直于纸面向外
C.仅减小M、N之间的加速电压,可使P点左移
D.仅增大偏转磁场磁感应强度的大小,可使P点右移
参考答案
第5讲 专题提升:现代科技中的电场与磁场问题
1.C 解析 根据公式evB=m和Ek=mv2联立可得v=,代入数据解得v=5.4×107m/s,故C正确。
2.AC 解析 根据左手定则及图中带电粒子的偏转方向可知,两种粒子均带正电,故A正确。粒子经过加速电场加速时,有qU=mv2,进入磁场后,有qvB=m,联立解得r=,即质量小的粒子半径也较小,故B错误。假设质量为m2的粒子质量大,则质量为m1的粒子最大半径为r1=,质量为m2的粒子最小半径为r2=,两种粒子的轨迹不发生重叠,则有r13.C 解析 洛伦兹力永远不做功,带电粒子加速获得的能量来自电场,A项错误;根据洛伦兹力提供向心力得qvB=m,又T=,解得T=,粒子在磁场中做圆周运动的周期与粒子的速度无关,B项错误;根据qvB=m,得v=,当粒子做圆周运动的半径增大时,速度增大,动能增大,运动的半径最大时,粒子运动的速度最大,动能最大,因此仅增大D形盒的半径,带电粒子加速所获得的最大动能增大,C项正确;为保证粒子经过电场获得加速,交流电源的周期要与圆周运动的周期相等H与H在磁场中做圆周运动的周期不同,则加速它们的交流电源周期也不同,D项错误。
4.B 解析 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,且上板为正极、下板为负极,所以通过用电器的电流方向从A到B,A正确;正离子除受到向上的洛伦兹力外还受到向下的静电力,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qvB=q,解得U=Bdv,B错误,C、D正确。
5.C 解析 根据题意,由左手定则可知,正离子受向上的洛伦兹力向上偏转,负离子受向下的洛伦兹力向下偏转,则上金属电极电势比下金属电极电势高,故A错误;根据题意可知,当上、下两金属电极之间产生足够高的电压时,有q=qvB,解得U=Bdv,可知两金属电极间的电动势与L和b无关,与d有关,且仅使d增大,两金属电极间的电动势会变大,故B、D错误,C正确。
6.C 解析 由题图可知电流方向从右向左,则霍尔元件中电子从左向右定向移动,根据左手定则判断可知在洛伦兹力的作用下电子向b端偏转,故b端电势较低,B错误;稳定后,定向移动的电子受到的静电力与洛伦兹力大小相等,即evB=e,由电流微观表达式I=neSv,联立可得U=Bdv=Bd=Bd=Bd,则a、b两端电势差U与磁感应强度B、元件的前后距离d、单位体积内电子数目n等因素有关,与题中元件的厚度无关,A、D错误;由于赤道附近的地磁场平行于地面,若要测量赤道附近地磁场,工作面应该处于竖直状态,C正确。
7.答案 (1) (2)vB,方向垂直导体板向下 (3)mv2+2qBvd
解析 (1)粒子直线加速,根据动能定理有
qU=mv2
解得U=。
(2)速度选择器中静电力与洛伦兹力平衡,有
Eq=qvB
得E=vB,方向垂直导体板向下。
(3)粒子在运动过程中,静电力做正功,根据功能关系有
Ek=q'U+Eq'd
又q'=2q
解得Ek=mv2+2qBvd。
8.B 解析 根据安培定则,左侧线圈产生的磁场在b、d点处的磁感应强度方向整体向右,右侧线圈产生的磁场在b、d点处的磁感应强度方向整体向左,由于两线圈内通入的电流大小相等,根据对称性可知,两线圈在O点产生的磁场的磁感应强度大小相等,方向相反,则O点的磁感应强度为零,B正确;根据上述O点的磁感应强度为零,可知两线圈间的磁场不是匀强磁场,A错误;根据环形电流磁场的磁感线分布规律可知,左侧线圈在a点的磁场方向斜向右下方,在c点的磁场方向斜向右上方,右侧线圈在a点的磁场方向斜向左下方,在c点的磁场方向斜向左上方,根据对称性结合磁场叠加可知,两线圈在a、c两点的磁感应强度大小相等,方向相反,即a、c两点的磁感应强度不相同,C错误;根据环形电流磁场的磁感线分布规律可知,左侧线圈在b、d两点的磁场方向均向右,右侧线圈在b、d两点的磁场方向均向左,根据对称性结合磁场叠加可知,b、d两点的磁感应强度大小相等,方向相反,即b、d两点的磁感应强度不相同,D错误。
9.C 解析 根据题意可知,电子在MN之间加速,受到向右的静电力,所以MN之间的电场线水平向左,则M接加速电压的负极,A错误。由电子运动轨迹可知,电子进入磁场时受到向下的洛伦兹力作用,根据左手定则可知偏转磁场的方向垂直于纸面向里,B错误。电子在加速电场中加速,由动能定理得eU=mv2-0,电子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得evB=m,解得电子在磁场中做圆周运动的轨道半径r=,如减小M、N之间的加速电压,电子在磁场中做圆周运动的半径r减小,电子出磁场时的速度偏角变大,P点左移;增大偏转磁场磁感应强度的大小,则电子在磁场中做圆周运动的半径减小,电子出磁场时的速度偏角增大,P点左移,C正确,D错误。