高考物理一轮复习 考点巩固卷69 速度选择器、质谱仪、霍尔元件等现代科技模型（原卷版）

考点巩固卷69速度选择器、质谱仪、霍尔元件等现代科技模型建议用时：50分钟考点序号考点题型分布考点1速度选择器1单选+3多选考点2质谱仪2单选+2多选考点3霍尔元件4单选+1多选考点4回旋加速器3单选+3多选考点5电磁流量计2单选+2多选考点6磁流体发电机3单选+1多选考点01：速度选择器（1单选+3多选）一、单选题1．（2023·北京东城·北京市广渠门中学校考三模）如图所示，速度选择器的两平行导体板之间有方向互相垂直的匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。一电荷量为+q的粒子以速度v从S点进入速度选择器后，恰能沿图中虚线通过。不计粒子重力，下列说法可能正确的是（）

A．电荷量为-q的粒子以速度v从S点进入后将向下偏转B．电荷量为+2q的粒子以速度v从S点进入后将做类平抛运动C．电荷量为+q的粒子以大于v的速度从S点进入后动能将逐渐减小D．电荷量为-q的粒子以大于v的速度从S点进入后动能将逐渐增大二、多选题2．（2023·安徽六安·安徽省舒城中学校考模拟预测）如图所示，在竖直放置的平行板电容器极板间有电场强度大小为、方向竖直向下的匀强电场和磁感应强度为、方向水平向里的匀强磁场。左右两挡板中间分别开有小孔、，在其右侧有一边长为的正三角形区域磁场，磁感应强度为，磁场边界中点与小孔、正对。现有大量的带电荷量均为而质量和速率均可能不同的粒子从小孔水平射入电容器，其中速率为的粒子刚好能沿直线通过小孔、。粒子的重力及各粒子间的相互作用均可忽略不计，下列说法中正确的是（）

A．一定等于B．在电容器极板中向上偏转的粒子的速度一定满足C．速率为的粒子中，满足质量的粒子都能从边射出D．速率为的粒子中，能打在边的所有粒子在磁场中运动的时间一定都相同3．（2023·湖南·统考模拟预测）如图所示为研究某种带电粒子的装置示意图，粒子源射出的粒子束以一定的初速度沿直线射到荧光屏上的点，出现一个光斑。在垂直纸面向里的方向上加一宽度为、磁感应强度为的匀强磁场后，粒子束发生偏转，沿半径为的圆弧运动，最后打在距磁场右侧距离为的荧光屏上的点。现在磁场区域再加一竖直方向、电场强度大小为的匀强电场，光斑从点又回到点，不计粒子重力，则（）A．粒子带正电B．粒子的初速度大小为C．粒子的比荷为D．两点之间的距离为4．（2023·吉林长春·统考三模）如图所示为某速度选择器的示意图，在平面内，有垂直纸面向外的范围足够大的匀强磁场，磁感应强度大小为B。圆心位于O点的两圆弧形极板间形成半径为R的圆弧形狭缝，圆心角为。当极板间加上电压时可在狭缝中形成场强大小处处相等的径向电场。在点处有一离子源S，可向各方向垂直磁场连续发射质量为m、电量为q、速率不同的正离子，图示位置极板关于y轴对称。以O点为圆心在平面内转动圆弧形极板，并相应改变电场强度大小，各方向射出的离子都有机会在磁场力和电场力作用下，通过速度选择器的狭缝。则下列说法正确的是（

）A．通过速度选择器的离子一定从Q端射入狭缝B．速度选择器的外侧极板为负极板C．当速度选择器处于图示位置时，通过速度选择器离子的速度大小为D．速度选择器射出离子的最大速度为考点02：质谱仪（2单选+2多选）一、单选题1．（2023·北京西城·北师大实验中学校考三模）如图所示为质谱仪的原理图，一束粒子以速度v沿直线穿过相互垂直的匀强电场（电场强度为E）和匀强磁场（磁感应强度为）的重叠区域，然后通过狭缝垂直进入另一匀强磁场（磁感应强度为），最后打在照相底片上的三个不同位置，粒子的重力可忽略不计，则下列说法正确的是（）

A．该束粒子带负电B．板带负电C．粒子的速度v满足关系式D．在的匀强磁场中，运动半径越大的粒子，荷质比越小2．（2023·河南郑州·统考模拟预测）如图甲所示为质谱仪工作的原理图，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。忽略粒子的重力，通过测量得到x与的关系如图乙所示，已知斜率为k=0.5，匀强磁场的磁感应强度B为，，则下列说法中正确的是（）

A．该粒子带负电B．该粒子比荷为C．该粒子在磁场中运动的时间约为D．若电压U不变，打到Q点的粒子比荷大于打到P点的粒子二、多选题3．（2023·福建宁德·校考三模）如图所示为一种质谱仪的简化结构，粒子源释放出初速度可忽略不计的带电粒子P1和P2，粒子经加速电压为的直线加速器加速后由通道入口的中心缝垂直于边界进入磁场区。该通道的上下表面是内半径为R、外半径为的半圆环。该通道置于竖直向上的匀强磁场B中，正对着通道出口处放置一块照相底片，能记录粒子从出口射出时的位置。已知带电粒子P1的电荷量为q，质量为m，粒子P2的电荷量为，质量为，粒子P1恰好能击中照相底片的正中间位置，下列说法正确的是（

）A．照相底片上P1和P2所击中位置间的距离为B．照相底片上P1和P2所击中位置间的距离为C．若加速电压在到之间波动，则粒子P1和P2在底片上刚好没有重叠区域D．若加速电压在到之间波动，则粒子P1和P2在底片上刚好没有重叠区域4．（2023·海南海口·校考模拟预测）如图所示，两平行金属板P、Q水平放置，板间存在电场强度为的匀强电场和磁感应强度为，方向垂直纸面向里的匀强磁场。一个带正电的粒子在两板间沿中心线做匀速直线运动。粒子通过两平行板后从点进入磁感应强度为，方向垂直纸面向外的匀强磁场中，粒子做匀速圆周运动，经过半个圆周后打在挡板上的A点，测得O、A两点间的距离为L，不计粒子重力，求A．金属板P电势高B．粒子在P、Q两板间做匀速直线运动的速度大小C．粒子的电荷量与质量之比D．粒子在磁场中运动的时间为考点03：霍尔元件（4单选+1多选）一、单选题1．（2023·四川成都·石室中学校考模拟预测）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，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2．（2023·北京通州·潞河中学校考三模）磁敏元件在越来越多的电子产品中被使用，市场上看到的带皮套的智能手机就是使用磁性物质和霍尔元件等起到开关控制的，当打开皮套，磁体远离霍尔元件，手机屏幕亮；当合上皮套，磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，手机进入省电模式。如图所示，一块宽度为、长为、厚度为的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为的自由电子，通入水平向右大小为的电流时，当手机套合上时元件处于垂直于上表面、方向向上且磁感应强度大小为的匀强磁场中，于是元件的前、后表面产生稳定电势差；以此来控制屏幕熄灭，则下列说法正确的是（）

A．前表面的电势比后表面的电势高B．自由电子所受洛伦兹力的大小为C．用这种霍尔元件探测某空间的磁场时，霍尔元件的摆放方向对无影响D．若该元件单位体积内的自由电子个数为，则发生霍尔效应时，元件前后表面的电势差为3．（2023·福建·模拟预测）业余无线电是一种在全世界非常普遍的业余爱好。业条无线电爱好者在进行收发设备的设计与测试中，常需运用到相关的物理知识。下列说法错误的是（）A．发射电磁波的两个重要条件是采用高频和开放性电路，无线电波与光波均属于电磁波B．如图1，利用霍尔元件获取磁感应强度的数据。为半导体薄片，载流子为自由电子；为外加与薄片垂直的磁场，若从左侧面向右侧面通以恒定电流，稳定后，上侧面的电势高于下侧面的电势C．图2是接收电磁波的调谐电路，利用电谐振的原理接收特定频率的电磁波D．设备测试完毕后，发射的电磁波可以在真空中进行传播4．（2023·浙江宁波·校考三模）利用霍尔传感器可测量自行车的运动速率，如图所示，一块磁铁安装在前轮上，霍尔传感器固定在前叉上，离轮轴距离为r，轮子每转一圈，磁铁就靠近霍尔传感器一次，传感器就会输出一个脉冲电压。当磁铁靠霍尔元件最近时，通过元件的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度为B，在导体前后表面间出现电势差U。已知霍尔元件沿磁场方向的厚度为d，载流子的电荷量为，电流I向左。下列说法正确的是（）A．前表面的电势高于后表面的电势B．若车速越大，则霍尔电势差U越大C．元件内单位体积中的载流子数为D．若单位时间内霍尔元件检测到m个脉冲，则自行车行驶的速度大小二、多选题5．（2023·云南昆明·云南师大附中校考模拟预测）如图所示，为了测量某金属中自由电子的“数密度”（单位体积内的自由电子数量），用该材料制成一段长方体，端面边长分别为和；将其置于匀强磁场中，磁场方向垂直于前表面向里，材料内部磁感应强度大小为。当通以从左到右的恒定电流时，测得上、下表面之间的电压大小为。已知电子电荷量大小为，则（）

A．自由电子数密度为 B．自由电子数密度为C．上表面电势比下表面电势高 D．上表面电势比下表面电势低考点04：回旋加速器（3单选+3多选）一、单选题1．（2023·重庆沙坪坝·重庆一中校考模拟预测）实验中，将离子束从回旋加速器中引出可以采用磁屏蔽通道法。使用磁屏蔽通道法引出离子的原理如图所示：离子从P点以速度v进入通道时，由于引出通道内的磁场强度发生改变，离子运动轨迹半径增大，可使离子引出加速器。已知回旋加速器D型盒的半径为R，圆心在O点，D型盒区域中磁场垂直纸面向里，磁感应强度为B，引出通道外侧末端Q点到O点距离为L，OQ与OP的夹角为θ，离子带电为q，质量为m，则（）

A．离子经过引出通道后的速度大于vB．引出通道内的磁感应强度大于BC．若离子恰能从引出通道的Q点引出，引出通道中的磁感应强度D．若引出通道中磁场为时，该离子能引出加速器，则此时将一带电量2q，质量为2m的离子一定不能从加速器中引出2．（2023·全国·校联考模拟预测）回旋加速器的工作原理如图1所示，和是两个相同的中空半圆金属盒，金属盒的半径为，它们之间接如图2所示的交变电源，图中已知，两个形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中。将一质子从金属盒的圆心处由静止释放，质子经过加速后最终从D形盒的边缘射出。已知质子的质量为，电荷量为，不计电场中的加速时间，且不考虑相对论效应。下列说法正确的是（）

A．回旋加速器中所加磁场的磁感应强度B．质子从形盒的边缘射出时的速度为C．在其他条件不变的情况下，仅增大，可以增大质子从边缘射出的速度D．在所接交变电源不变的情况下，若用该装置加速（氚核），需要增大所加磁场的磁感应强度3．（2023·福建南平·统考模拟预测）回旋加速器工作原理如图所示，置于真空中的两个半圆形金属盒半径为R，两盒间留有一狭缝接有频率为f的高频交流电，加速电压为U，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。若A处粒子源产生的氘核在狭缝中被加速，不考虑相对论效应和重力的影响，不计粒子在电场中的加速时间。则（）A．氘核离开回旋加速器时的最大速率随加速电压U增大而增大B．氘核被加速后的最大速度可能超过C．氘核第n次和第次经过两金属盒间狭缝后的轨道半径之比为D．不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器也能加速粒子二、多选题4．（2023·北京西城·统考三模）回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，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，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是（）

A．增大匀强电场间的加速电压B．增大磁场的磁感应强度C．减小狭缝间的距离D．增大D形金属盒的半径5．（2023·福建龙岩·统考模拟预测）回旋加速器的原理示意图如图所示，两个中空、半径为R的D型金属盒置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中，在两盒的狭缝处接电压大小为U，方向做周期性变化的交流电，其周期为T。一初速度为0的带电粒子在两盒之间被电场加速，经多次回旋，达到最大动能Ek。不计粒子在电场中的运动时间，不考虑相对论效应。下列说法正确的是（）A．该粒子的最大速度只与D形盒的半径R有关B．交流电的周期T必须等于该粒子在D形盒中运动周期的2倍C．该粒子第3次被加速前、后做圆周运动的轨道半径之比为D．该粒子被加速后的最大动能Ek与电压U大小无关6．（2023·山西朔州·怀仁市第一中学校三模）2020年11月10日消息，我国回旋加速器领域首批国家标准正式发布实施。如图所示是回旋加速器装置，是半圆形金属盒，D形盒的半径为，磁场的磁感应强度为，D形盒的缝隙处接交流电源，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中。现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，下列方法可能可行的是（）A．增大交流电源电压B．增大D形盒的半径C．增大交流电源电压和减小狭缝间的距离D．增大磁场磁感应强度和减小交流电源的周期考点05：电磁流量计（2单选+2多选）一、单选题1．（2023·天津红桥·统考二模）为监测某化工厂的含有离子的污水排放情况，技术人员在排污管中安装了监测装置，该装置的核心部分是一个用绝缘材料制成的空腔，其宽和高分别为和，左、右两端开口与排污管相连，如图所示。在垂直于上、下底面加磁感应强度为向下的匀强磁场，在空腔前、后两个侧面上各有长为的相互平行且正对的电极和，和与内阻为的电流表相连。污水从左向右流经该装置时，电流表将显示出污水排放情况。下列说法中正确的是（）A．板比板电势高B．污水中离子浓度越高，则电流表的示数越小C．污水流量大小，对电流表的示数无影响D．若只增大所加磁场的磁感强度，则电流表的示数也增大2．（2023·北京东城·统考一模）工业上常用电磁流量计来测量高黏度及强腐蚀性流体的流量Q（单位时间内流过管道横截面的液体体积），原理如图甲所示，在非磁性材料做成的圆管处加一磁感应强度大小为B的匀强磁场，当导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上下M、N两点间的电势差U，就可计算出管中液体的流量。为了测量某工厂的污水排放量，技术人员在充满污水的排污管末端安装了一个电磁流量计，如图乙所示，已知排污管和电磁流量计处的管道直径分别为20和10。当流经电磁流量计的液体速度为10时，其流量约为280，若某段时间内通过电磁流量计的流量为70，则在这段时间内（

）A．M点的电势一定低于N点的电势B．通过排污管的污水流量约为140C．排污管内污水的速度约为2.5D．电势差U与磁感应强度B之比约为0.25二、多选题3．（2023·全国·模拟预测）2023年1月《力学学报》发表了标题为《爆轰驱动惰性气体磁流体发电试验研究》的文章，文中论述了基于爆轰驱动激波管技术的惰性气体磁流体发电的可能性。发电原理示意图如图所示，平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将爆轰驱动获得的高速等离子体沿垂直于磁场的方向射入磁场，则金属板A、B间便产生强电压。已知A、B板间距为d，板间磁场可视为匀强磁场，磁感应强度为B，以速率v进入磁场的等离子流截面积为S，稳定工作时，进、出极板的离子流单位体积内正、负离子的个数均为n，正负离子电荷量均为q，外电路接电阻R形成闭合回路获得强电流，则（）A．所能形成的持续稳定的电流为 B．磁流体发电机的稳定输出功率为C．极板间电离气体的电阻率为 D．发电通道两端的压强差4．（2023·广东佛山·统考一模）电磁血流计是医生测量血管中血液流速的装置。如图所示，某段血管处于磁感应强度为的匀强磁场中，血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动时（方向如图），两点间会有微小的电势差。则下列说法正确的是（）A．点的电势低于点的电势B．正、负离子所受洛伦兹力方向相同C．血流计理论上可以测量任何液体的流速D．血液流速越大，两点间电势差越大考点06：磁流体发电机（3单选+1多选）一、单选题1．（2023·广东佛山·统考模拟预测）法拉第曾提出一种利用河流发电的设想，并进行了实验研究。实验装置示意图如图所示，两块面积均为的矩形平行金属板正对地浸在河水中，金属板间距为。水流速度处处相同大小为，方向水平向左，金属板面与水流方向平行。地磁场磁感应强度竖直向下的分量为，水的电阻率为，水面上方有一阻值为的电阻通过绝缘导线和开关连接到两金属板上。忽略边缘效应，则下列说法正确的是（）

A．电阻上的电流方向从里向外B．河水流速减小，两金属板间的电压增大C．该发电装置的电动势大小为D．流过电阻的电流大小为2．（2023·河北·校联考三模）如图为磁流体发电机的示意图，间距为d的平行金属板A、B之间的磁场可看成匀强磁场，磁感应强度大小为B，板A、B和电阻R连接，将一束等离子体以速度v沿垂