2026届高考物理冲刺复习洛伦兹力与现代科技

2026届高考物理冲刺复习洛伦兹力与现代科技考点1考点二回旋加速器的原理和分析考点一质谱仪的原理和分析考点三电场与磁场叠加的应用实例1.作用

测量带电粒子质量和分离同位素。2.原理(如图所示)考点一质谱仪的原理和分析

例1

(2023·福建卷，14)阿斯顿(F.Aston)借助自己发明的质谱仪发现了氖等元素的同位素而获得诺贝尔奖，质谱仪分析同位素简化的工作原理如图所示。在PP'上方存在一垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。两个氖离子在O处以相同速度v垂直磁场边界入射，在磁场中发生偏转，分别落在M和N处。已知某次实验中，v=9.6×104m/s，B=0.1T，落在M处氖离子比荷(电荷量和质量之比)为4.8×106C/kg;P、O、M、N、P'在同一直线上，离子重力不计。(1)求OM的长度;

答案0.4m(2)若ON的长度是OM的1.1倍，求落在N处氖离子的比荷。

答案4.36×106C/kg1.(2024·江苏泰州模拟)阿斯顿最早设计了质谱仪，并用它发现了氖20和氖22，证实了同位素的存在。如图所示，某种氖离子从容器A下方的小孔S1连续不断地飘入电压为U的加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔S3垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，离子经磁场偏转后最终到达照相底片D上，不考虑离子重力及离子间的相互作用。

1.构造

如图所示，D1、D2是两个半圆形金属盒，D形盒处于匀强磁场中，D形盒的缝隙处接交流电源。考点二回旋加速器的原理和分析2.原理

交流电周期和粒子做圆周运动的周期相等，使粒子每经过一次D形盒缝隙，粒子就被加速一次。

(1)求出射离子的最大动能Ekm;

(2)若离子第2次与第4次加速轨迹间距为x，求第4次加速后粒子的速度大小v4;

(3)要使飘入狭缝的离子中有超过60%能射出，求U0应满足的条件。

2.(2024·江苏南通高三期中)如图所示，回旋加速器核心部分是两个D形盒，处在垂直于盒底面的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，盒的圆心为O。两盒间接有高频交流电，在盒间产生大小不变的加速电压，使粒子每次穿过狭缝时都得到加速，忽略加速时间。质量为m、电荷量为-q的粒子从O点附近飘入加速电场，经过N次加速后离开加速器，此时粒子的动量大小为p。(1)求D形盒的半径R;(2)粒子多次加速后经过P点绕O做半径为r的圆周运动，求粒子加速到P点所需的时间t。

考点三电场与磁场叠加的应用实例实例

速度选择器(1)平行板间电场强度E和磁感应强度B互相垂直(如图)。

例3

如图所示，平行金属板上下两极板之间有电场强度为E的匀强电场，在此空间有方向垂直于纸面向里的匀强磁场。左右两块绝缘板上的小孔a、b连线与金属极板平行，不计带电粒子的重力。任意的带电粒子从一个孔入射，下列说法中正确的是(

)A.只能是正电荷以合适速度从a孔射入，才能从b孔射出B.只能是负电荷以合适速度从b孔射入，才能从a孔射出C.不管正负电荷，只要速度合适，从a孔射入，都能从b孔射出D.不管正负电荷，只要速度合适，从b孔射入，都能从a孔射出C

实例

磁流体发电机(1)原理:如图所示，等离子体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在B、A板上，B板是发电机的正极。

例4

(2024·江苏苏州高三期末)如图所示为磁流体发电机原理图，平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体喷入磁场，A、B两板间便产生电动势从而向外供电，下列说法正确的是(

)A.A板为发电机正极B.发电机能量来源于磁场能C.仅提高喷射的速度，发电机电动势增大D.仅减小金属板间距，发电机电动势增大C

实例

电磁流量计

例5

如图，电磁流量计的测量管横截面直径为D，在测量管的上下两个位置固定两金属电极a、b，整个测量管处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。当含有正、负离子的液体从左向右匀速流过测量管时，连在两个电极上的显示器显示的流量为Q(单位时间内流过的液体体积)，下列说法正确的是(

)C

实例

霍尔元件(1)定义:高为h、宽为d的导体(自由电荷是电子或正电荷)置于匀强磁场B中，当电流通过导体时，在导体的上表面A和下表面A'之间产生电势差，这种现象称为霍尔效应，此电压称为霍尔电压。(2)电势高低的判断:如图，导体中的电流I向右时，根据左手定则可得，若自由电荷是电子，则下表面A'的电势高。若自由电荷是正电荷，则下表面A'的电势低。

例6

(2024·江苏镇江模拟)笔记本电脑盖上屏幕，屏幕盖板上磁铁和主板机壳上“霍尔传感器”配合，使屏幕进入休眠模式，其工作原理如图所示。当电脑盖上屏幕时，相当于屏幕边缘的磁极靠近霍尔元件，已知该霍尔元件载流子为电子，以下说法正确的是(

)A.盖上屏幕，a端带正电B.打开屏幕，a端带正电C.盖上屏幕过程中，a、b间电势差逐渐增大D.盖上屏幕过程中，a、b间电势差不变C

提升素养能力2B1.(2024·江苏南京检测)关于下列四幅图的说法正确的是(

)A.图甲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，可增大加速电压UB.图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出B极板是发电机的正极，A极板是发电机的负极C.图丙是速度选择器的示意图，带电粒子(不计重力)能够从右向左沿直线匀速通过速度选择器D.图丁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说明粒子的比荷越小

C2.如图所示的装置叫质谱仪，最初是由阿斯顿设计的，是一种测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。其工作原理如下:一个质量为m、电荷量为q的离子，从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过S3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，最后打到照相底片D上。不计离子重力，则(

)

D3.为研究PM2.5的相关性质，让一带电的PM2.5颗粒(重力不计)，垂直射入正交的匀强电场和匀强磁场区域，如图所示，其中M、N为正对的平行带电金属板，观察发现该颗粒恰好水平向右做直线运动，则下列判断正确的是(

)A.M板可能带负电B.PM2.5颗粒一定带负电C.若仅使PM2.5颗粒的电荷量增大，颗粒可能向M板偏移D.若仅使PM2.5颗粒的速度增大，颗粒可能向N板偏移

B4.(2024·江苏连云港期中)如图所示为一回旋加速器的示意图，已知D形盒中心O处的粒子源产生的带电粒子，经电场加速了n次后从D形盒出口出来，则(

)

DA.正、负离子所受洛伦兹力的方向水平向左B.正、负离子所受洛伦兹力的方向是相同的C.污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速D.只需要测量M、N两点间的电压就能够推算废液的流量5.有一种污水流量计，其原理可以简化为如图所示的模型:废液内含有大量正、负离子，从直径为d的圆柱形容器右侧流入，左侧流出。流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，下列说法正确的是(

)

D6.(2024·江苏宿迁期末)如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板A、B与电阻R和电流表相连，现将等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)喷入磁场，下列说法正确的是(

)A.A板的电势高于B板电势B.若只增大两板间距离，电流表示数减小C.若只增大磁感应强度，电流表示数减小D.磁流体发电机的非静电力为洛伦兹力

D7.(2024·江苏连云港期中)如图所示，质谱仪的容器A中有质量分别为m1和m2的两种同位素离子，它们从静止开始先经电压为U的电场加速，然后垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打在照相底片上。由于实际加速电压的大小在U±ΔU范围内有微小变化，这两种离子在底片上可能发生重叠，不计离子重力。下列说法正确的是(

)A.两种粒子均带负电 B.打在M处的粒子质量较大C.若ΔU一定，U越大越容易发生重叠

D.若U一定，ΔU越大越容易发生重叠

B8.(2024·江苏连云港期中)如图所示为利用霍尔元件制成的磁传感器。已知该长方体金属导体宽为d、高为h，上、下表面接线柱M、N连线与导体竖直边平行，上表面过接线柱M的水平虚线与导体水平边平行，当导体通过一定电流，且电流与磁场方向垂直时，下列说法正确的是(

)A.电压表a端接“+”接线柱B.为提升磁传感器的灵敏度，可减小导体的宽度dC.将电压表的表盘改装为磁传感器的表盘，则刻度线不均匀D.若上表面接线柱M沿虚线向右移动少许，则电压表示数不变

9.(2024·甘肃卷，15)质谱仪是科学研究中的重要仪器，其原理如图所示。Ⅰ为粒子加速器，加速电压为U;Ⅱ为速度选择器，匀强电场的电场强度大小为E1，方向沿纸面向下，匀强磁场的磁感应强度大小为B1，方向垂直纸面向里;Ⅲ为偏转分离器，匀强磁场的磁感应强度大小为B2，方向垂直纸面向里。从S点释放初速度为零的带电粒子(不计重力)，加速后进入速度选择器做直线运动，再由O点进入分离器做圆周运动，最后打到照相底片的P点处，运动轨迹如图中虚线所示。

10.(2024·江苏常州中学开学考试)清华大学研究的新型 SSMB-

EUV光刻技术，用于提供高强度、可调波长的

极紫外光源。方案中的同步轨道如图所示，密度分布

非常均匀的稳流电子束被导入同步轨道。同步轨道上

存在磁感应强度为B的匀强磁场，电子在磁