專題突破卷15物理科技的理解應用（速度選擇器、質譜儀、

回旋加速器、霍爾元件、電磁流量計、磁流體發電機）

60分鐘

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考點考向題型分布

物理科技的理解應用考向1:速度選擇器10單選+7多選+3計算

（速度選擇器、質譜儀、

考向2：質譜儀

回旋加速器、霍爾元件、

考向3：回旋加速器

電磁流量計、磁流體發

考向4：霍爾元件

電機等）

考向5：電磁流量計

考向6：磁流體發電機

考點突破

考點01,物理科技的理解應用（速度選擇器、質譜儀、回旋加速器、

霍爾元件、電磁流量計、磁流體發電機等）（10單選+7多選+3計算）

1.（2024?北京昌平?二模）如圖所示，水平放置的兩平行金屬板間存在著相互垂直的勻強電場和勻強磁場。

一帶電粒子（重力不計）從M點沿水平方向射入到兩板之間，恰好沿直線從N點射出。電場強度為￡,磁

感應強度為3。下列說法正確的是（）。

A.粒子一定帶正電

B.粒子射入的速度大小v=4

C.若只改變粒子射入速度的大小，其運動軌跡為曲線

D.若粒子從N點沿水平方向射入，其運動軌跡為直線

2.（2024?江西鷹潭?模擬預測）第十四屆夏季達沃斯論壇發布2023年度突破性技術榜單，列出最有潛力對

世界產生積極影響的十大技術，這些新技術的應用正在給我們的生活帶來潛移默化的改變。磁流體發電技

術是目前世界上正在研究的新興技術。如圖所示是磁流體發電機示意圖，相距為"的平行金屬板A、B之間

的磁場可看作勻強磁場，磁感應強度大小為B,等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量正、負帶電粒子）

以速度v垂直于B且平行于板面的方向進入磁場。金屬板A、B和等離子體整體可以看作一個直流電源。將

金屬板A、B與電阻R相連，當發電機穩定發電時，假設兩板間磁流體的等效電阻為r,則A、B兩金屬板

間的電勢差為（）

等離子體

3Bdv

B.-----------Rn——--R

2(R+r)2(7?+r)

3.（2024?廣東東莞?模擬預測）關于下列四幅圖理解正確的是（

勵磁線圈

玻璃泡，

電子槍?

標1.5V的干電池等番字林

甲

A.甲圖中干電池的電動勢為L5V,則通過電源的電荷量為1C時，電源內靜電力做功為L5J

B.乙圖中等離子體進入上、下極板之間后上極板A帶正電

C.丙圖中通過勵磁線圈的電流越大，電子的運動徑跡半徑越小

D.丁圖中回旋加速器帶電粒子的最大動能與加速電壓的大小有關

4.（2024?北京海淀?模擬預測）磁流體發電的原理如圖所示。將一束速度為V的等離子體（含有大量正、負

帶電粒子）垂直于磁場方向噴入磁感應強度為8的勻強磁場中，在相距為小寬為。、長為6的兩平行金屬

板間便產生電壓。如果把上、下板和電阻R連接，上、下板就是一個直流電源的兩極。穩定時兩板間等離

子體有電阻。忽略邊緣效應，下列判斷正確的是（）

A.上板為負極

B.上、下兩極板間的電壓。=8vd

C.等離子體濃度越高，電動勢越大

D.垂直兩極板方向（即上、下方向）等離子體粒子受洛倫茲力（分力）和電場力平衡

5.（2024?黑龍江?一模）1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖所示，這臺加速器由兩

個銅質D形盒Di、D2構成，其間留有空隙，現對笊核（；H）加速，所需的高頻電源的頻率為/,磁感應強

世界上第一臺回旋加速器原理圖

A.被加速的帶電粒子在回旋加速器中做圓周運動的周期隨半徑的增大而增大

B.高頻電源的電壓越大，笊核最終射出回旋加速器的速度越大

C.笊核的質量為

271

D.該回旋加速器接頻率為/的高頻電源時，也可以對氫核（：He）加速

6.（2023?北京東城?二模）回旋加速器的工作原理如圖所示，Di和D2是兩個中空的半圓金屬盒，它們之間

有電勢差。兩個半圓盒處于與盒面垂直的勻強磁場中。中央/處的粒子源可以產生粒子，粒子在兩盒之間

被電場加速，進入磁場后做勻速圓周運動。粒子離開/處時的速度、在電場中的加速時間以及粒子的重力

均可忽略不計。不考慮粒子間的相互作用及相對論效應。下列說法正確的是（）

接交流電源

A.電勢差一定時，磁感應強度越大，粒子離開加速器時的動能越小

B.電勢差一定時，磁感應強度越大,粒子在加速器中的運動時間越長

C.磁感應強度一定時，電勢差越大，粒子離開加速器時的動能越大

D.磁感應強度一定時，電勢差越大，粒子在加速器中的運動時間越長

7.（2024?黑龍江哈爾濱?模擬預測）新冠肺炎疫情持續期間，醫院需要用到血液流量計檢查患者身體情況。

某種電磁血液流量計的原理可簡化為如圖所示模型。血液內含有少量正、負離子，從直徑為d的血管右側

流入，左側流出，空間有垂直紙面向里、磁感應強度大小為8的勻強磁場，M,N兩點之間的電壓穩定時測

量值為U,流量。等于單位時間通過橫截面的液體的體積。下列說法正確的是（）

XXMXRX

N

XXXX

A.離子所受洛倫茲力方向一定豎直向下

B.M點的電勢一定高于N點的電勢

C.血液流量。=哼

D.電壓穩定時，正、負離子不再受洛倫茲力

8.（2024?遼寧?模擬預測）某學校安裝了反滲透RO膜過濾凈水器，經過過濾凈化的直飲水進入了教室。凈

水器如果有反滲透RO膜組件，會產生一部分無法過濾的自來水，稱為“廢水"，或稱"尾水"。"尾水"中含有

較多礦物質及其他無法透過反滲透RO膜的成分，不能直接飲用，但可以澆花、拖地。該學校的物理興趣小

組為了測量直飲水供水處"尾水”的流量，將"尾水"接上電磁流量計，如圖所示。已知流量計水管直徑為d,

垂直水管向里的勻強磁場磁感應強度大小為S穩定后“、N兩點之間電壓為U。則（）

XXMXBX

N

XXXX

A.〃點的電勢低于N點的電勢

B."尾水"中離子所受洛倫茲力方向由M指向N

C."尾水"的流速為4

D."尾水”的流量為當

4兀B

9.（2024?北京西城?二模）質譜儀可用來分析帶電粒子的基本性質，其示意圖如圖所示。°、6是某元素的兩

種同位素的原子核，它們具有相同的電荷量，不同的質量。。、6兩種帶電粒子持續從容器A下方的小孔耳

飄入加速電場，初速度幾乎為0,加速后從小孔尾射出，又通過小孔尾，沿著與磁場垂直的方向進入勻強

磁場中，最后打到照相底片。上并被吸收。測得6打在底片上的位置距小孔邑的距離分別為4、L2,

.、b打在底片上的強度（數值上等于單位時間內打在底片上某處的粒子的總動能）分別為6、呂。不計原

子核的重力及相互作用力，下列說法正確的是（）

A.a、6的質量之比加!：掰2：4

B.a、6分別形成的等效電流之比4/=6：6

C.a、6對底片的作用力大小之比打：工=々：￡

D.a、6在磁場中運動時間之比4%=1：1

10.（2024?四川成都?模擬預測）應用電磁場工作的四種儀器如圖所示，則下列說法中正確的是（）

A.甲中回旋加速器加速帶電粒子的最大動能與加速電壓成正比

B.乙中不改變質譜儀各區域的電場磁場時擊中光屏同一位置的粒子一定是比荷相同的粒子

C.丙中通上如圖所示電流和加上如圖磁場時，UMN>0,則霍爾元件的自由電荷為正電荷

D.丁中將平行板電容器的下極板豎直向下移動一小段距離，靜電計指針張角變小

11.（23-24高二下?山東德州?期中）關于下列四幅圖的說法正確的是（

甲

A.圖甲是速度選擇器示意圖，且磁場、電場大小方向均不變。不計重力的粒子只能從左往右且速度v=g

才能通過速度選擇器

B.圖乙是磁流體發電機結構示意圖，由圖可以判斷出A極板是發電機的負極，且發電機的電動勢的大

小只與等離子體的噴射速度大小有關

C.圖丙是質譜儀結構示意圖，打在底片上的位置越靠近狹縫國說明粒子的比荷越大

D.圖丁是磁電式電流表內部結構示意圖，當有電流流過時，線圈在磁極間產生的勻強磁場中偏轉

12.（2024?廣東?模擬預測）如圖所示，將一個磁流體發電機與電容器用導線連接起來，持續向板間噴入垂

直于磁場速度大小為V/的等離子體（不計重力），板間加有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為&有

一帶電油滴從電容器的中軸線上勻速通過電容器。兩個儀器兩極板間距相同，重力加速度為g,下列說法正

確的是（）

等離子氣XX—…-

2__1~sT

磁流體發電機電容器

A.帶電油滴帶正電B,油滴的荷質比力=忘

C.增大等離子體的速度V/,油滴將向上偏轉D.改變單個等離子體所帶的電量，油滴不能勻速通過

13.（2024?四川?模擬預測）如圖所示是利用霍爾效應測量磁場的傳感器，由運算芯片LM393和霍爾元件組

成，LM393輸出的時鐘電流（交變電流）經二極管整流后成為恒定電流/從霍爾元件的/端流入，從尸端

流出。磁感應強度為8的勻強磁場垂直于霍爾原件的工作面水平向左，測得。端電壓為U。己知霍爾元

件的載流子為自由電子，單位體積的自由電子數為“，電子的電荷量為e,霍爾原件沿/廠方向的長度為4,

沿CD方向的寬度為乙，沿磁場方向的厚度為人下列說法正確的是（）

A.C端的電勢高于。端

B.若將勻強磁場的磁感應強度減小，CD間的電壓將增大

C.自由電子的平均速率為"=

nea1a2

nohIJ

D.可測得此時磁感應強度2=—^

14.（2024?江西?模擬預測）如圖所示，光電管和一金屬材料做成的霍爾元件串聯，霍爾元件的長、寬、高

分別為a、Ac且水平放置，該霍爾元件放在磁感應強度大小為3、方向豎直向上的勻強磁場中。某時刻讓

一束光照到光電管的陰極K激發出光電子，閉合電鍵S,調節滑動變阻器的劃片到某一位置，電流表A的示

數為/,電壓表的示數為U。經典電磁場理論認為：當金屬導體兩端電壓穩定后，導體中產生恒定電場，且

恒定電場的性質和靜電場性質相同。已知電子電量為e,電子的質量為加。霍爾元件單位體積內的電子數為

",貝!J()

光束B

A.霍爾元件前表面電勢低于后表面電勢

B.霍爾元件前后表面的電壓大小為二

nec

C.霍爾片內的電場強度大小為、心L）2+（S）2

Ynebca

D.將滑動變阻器的滑片P向右滑動，電流表的示數會不斷地增加

15.（2024?廣東廣州?二模）如圖，無初速度的:He經加速電場加速后，沿水平虛線進入速度選擇器，打到

右側熒光屏上。點。若無初速度的舊和；H經同一加速電場加速，進入速度選擇器，最后打到右側熒光屏

上，則（）

?上

*B

O

下

加速電百

+T

A.打到。點B.打到。點

C.出打到。點下方D.打到。點上方

16.（2024?河南許昌?一模）某科研小組為了芯片的離子注入而設計了一種新型質譜儀，裝置如圖所示。直

邊界的上方有垂直紙面向外的勻強磁場，磁感應強度大小為2,其中以。點為圓心、半徑為五的半圓

形區域內無磁場，芯片的離子注入將在半圓形區域內完成。離子源尸放出的正離子經加速電場加速后在紙

面內垂直于從M點進入磁場，加速電場的加速電壓。的大小可調節，已知〃、。兩點間的距離為2凡

離子的比荷為公不計離子進入加速電場時的初速度及離子的重力和離子間的相互作用。下列說法正確的是

E>2

A.若加速電壓。二竺士,離子能進入半圓區域

4

B.若加速電壓UN空口J,所有離子均不能計入半圓區域

10

Z-DD

C.若離子的運動軌跡剛好過。點，則該離子的速率為周一

27[

D.能進入到半圓形區域內的離子在磁場中運動的最短時間為三

17.（2024?遼寧大連?模擬預測）下列關于四種儀器的說法正確的是（）

A.甲圖中當加大加速極電壓時，電子打在玻璃泡右側上的位置將下移

甲洛倫茲力演示儀

B.^乙圖中不改變質譜儀各區域的電場、磁場時，擊中光屏同一位置的粒子比荷不相同

.........耳2

乙：質譜儀

C.丙圖中載流子為負電荷的霍爾元件有如圖所示的電流和磁場時，N側電勢低

丙：霍爾兀件

丁圖中長、寬、高分別為6、c的電磁流量計在如圖所示的勻強磁場中,

T：電磁流量計

若流量0恒定，前后兩個金屬側面的電壓與。、b無關

18.（23-24高二上?北京海淀?期末）1932年，勞倫斯和利文斯頓設計出了回旋加速器。回旋加速器的工作原

理如圖所示，置于高真空中的。形金屬盒半徑為凡兩盒間接交流電源，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿

過狹縫的時間可以忽略不計，磁感應強度為8的勻強磁場與盒面垂直，/處粒子源產生的質子，質量為加、

電荷量為4,（質子初速度很小，可以忽略）在加速器中被加速，加速電壓為加速過程中不考慮相對論

效應和重力作用，求：

（1）離子第一次進入磁場中的速度V；

（2）粒子在電場中最多被加速多少次；

（3）要使質子每次經過電場都被加速，則交流電源的周期為多大。在實際裝置設計中，可以采取哪些措施

盡量減少帶電粒子在電場中的運行時間。

接交流電源

19.（2024?天津和平?二模）將一金屬或半導體薄片垂直置于磁場中，并沿垂直磁場方向通入電流，則在導

體中垂直于電流和磁場方向會產生一個電勢差，這一現象稱為霍爾效應，此電勢差稱為霍爾電壓。某長方

體薄片霍爾元件，長為。、寬為6、厚為c,在霍爾元件中有沿x軸方向的電流強度為/,若霍爾元件中導電

的載流子是自由電子，帶電量為e,薄片處在沿P方向磁感應強度為8的勻強磁場中，則在沿z軸方向產

生霍爾電壓UH，

（1）請判斷該霍爾元件圖中前、后兩個側面，哪端的電勢高，并簡要敘述理由；

（2）該霍爾元件在具體應用中，有U"KHIB,式中的KH稱為霍爾元件靈敏度，一般要求儲