2027届新高考物理热点精准复习　质谱仪　回旋加速器　磁技术的应用

2027届新高考物理热点精准复习质谱仪回旋加速器磁技术的应用内容索引学习目标核心体系活动方案学习目标1．理解质谱仪和回旋加速器的工作原理和应用.2．了解速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件的工作原理和应用．核心体系活动方案活动一分析质谱仪与回旋加速器的问题一、质谱仪

质谱仪最初是由阿斯顿设计的，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具．如图所示为质谱仪原理示意图．设粒子质量为m、电荷量为q，加速电场电压为U，偏转磁场的磁感应强度为B，粒子从容器A下方的小孔S1飘入加速电场，其初速度几乎为0.1(1)求粒子进入磁场时的速率；(2)求粒子在磁场中运动的轨迹半径；(4)若已知某一质量未知、带电荷量为q的粒子打在底片上的位置到S3的距离为d

，求该粒子的质量．二、回旋加速器

回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的仪器，其工作原理如图甲所示．半径为R的高真空的D形金属盒处在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与盒面垂直．将两盒与电压为U0的高频交变电源(如图乙所示)相连，两盒的狭缝间形成周期性变化的电场．将粒子源置于D1盒的圆心处，产生质量为m、电荷量为＋q的带电粒子，初速度为0.调整交流电源的频率可使粒子每次通过狭缝时都能被加速．不计带电粒子穿过狭缝的时间和粒子所受重力．求：2甲乙(1)所加交流电的周期T；(2)粒子获得的最大动能Ekm；(3)粒子的加速次数和在D形盒中的运动时间；(4)在D2盒中第n个半圆轨迹的半径；(5)粒子在回旋加速器中能否一直无限制加速，试说明理由．带电粒子能量达到25～30MeV后，按照狭义相对论，粒子的质量随着速度的增加而增大，导致其旋转周期的变化，破坏了加速器的工作条件，进一步提高粒子的速率就不可能了．回旋加速器的原理匀速圆周运动加速磁感应强度D形盒半径

[2025南通如皋检测]如图所示，回旋加速器的D形金属盒接在交流电源上，位于A处的粒子源产生的带负电荷的粒子在两盒之间被电场加速，最后从D形盒边缘引出．则粒子(

)A．第一次进入磁场时向左偏转B．获得的最大动能与电场强度有关C．经电场加速偶数次后可能到达B点D．在D形盒中的相邻轨迹间距由里向外逐渐变小1D活动二分析速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍

尔元件的问题质谱仪、回旋加速器实际上是组合场问题，速度选择器、磁流体发电机等实际上是叠加场问题．一、速度选择器3

如图所示为一速度选择器，两极板M、N之间的距离为d，极板间所加电压为U，两极板间有一磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场．一束质子流从左侧两板边缘连线的中点沿两板中心线进入板间区域，能够沿直线运动，不计粒子重力，则下列说法正确的是(

)DA．M极板接电源的负极C．如果将质子换成电子，从右侧沿中心线以与质子流相同的速率进入板间区域，则电子在该区域运动过程中电势能增加D．如果换成一束α粒子，仍从左侧沿中心线以与质子流相同的速度进入板间区域，则α粒子同样可以沿直线飞出该区域速度选择器模型电场强度E和磁感应强度B互相垂直(或正交)，如图所示．要使不计重力的带电粒子在叠加场中要能做匀速直线运动，速度必须满足：①方向____________(具有单向性)；②大小v＝______.与粒子的质量、电量、电性均无关．从左向右二、磁流体发电机

磁流体发电的原理如图所示，将一束速度为v的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为B的匀强磁场中，在相距为d、宽为a、长为b的两平行金属板间便产生电压．如果把上、下板和电阻R连接，上、下板就是一个直流电源的两极，若稳定时等离子体在两板间均匀分布，电阻率为ρ，忽略边缘效应，下列判断正确的是(

)4C三、电磁流量计

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b和c，左、右两端开口与排污管相连，如图所示．在垂直于上、下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在空腔前、后两个侧面上各有长为a的相互平行且正对的电极M和N，M、N与内阻为R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．下列说法中错误的是(

)A．N板带正电，M板带负电B．污水中离子浓度越高，则电流表的示数越小C．污水流量越大，则电流表的示数越大D．若只增大所加磁场的磁感应强度，则电流表的示数也增大5B流量指单位时间流过导管某一截面的液体的体积．四、霍尔元件[2025无锡玉祁中学期中]霍尔元件被广泛使用在新能源行业中．图中左侧线圈连接待测电压U时，霍尔元件将输出一个电压值UH.霍尔元件由载流子为正电荷的材料制成，元件中通入的霍尔电流I0从a流向b，放大示意图见下部分．则(

)A．图中霍尔元件处有方向向上的磁场B．图中霍尔元件前表面c为低电势面C．增大待测电压U，霍尔电压UH将减小D．霍尔电压UH的大小与霍尔电流I0无关6B霍尔效应中导体表面电势高低的判断和霍尔电压的计算如