2023年高三物理二轮高频考点冲刺突破17 磁场中的各类仪器原理

三一混凝土输送泵2023年高三物理二轮高频考点冲刺突破
专题17磁场中的各类仪器原理专练目标
专练内容目标1
高考真题(1T—3T )目标2
速度选择器(4T—6T )目标3
质谱仪(7T—9T )目标4
磁流体发电机(10T—12T )目标5
电磁流量计(13T—15T )目标6
回旋加速器(16T—18T )目标7
霍尔元件(19T—21T )目标8电子感应加速器(22T—24T
【典例专练】
一、高考真题
1.某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示,通有电流I 的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场1B I k =,通有待测电流I '的直导线ab 垂直穿过螺绕环中心,在霍尔元件处产生的磁场2B k I ''=。调节电阻R ,当电流表示数为0I 时,元件输出霍尔电压H U 为零,则待测电流I '的方向和大小分别为()
A .a b →,
201k I k B .a b →,102k I k C .b a →,201k I k D .b a →,102
k I k 2.一对平行金属板中存在匀强电场和匀强磁场,其中电场的方向与金属板垂直,磁场的方向与金属板平行
且垂直纸面向里,如图所示。一质子(11H )以速度0v 自O 点沿中轴线射入,恰沿中轴线做匀速直线运动。
下列粒子分别自O 点沿中轴线射入,能够做匀速直线运动的是()(所有粒子均不考虑重力的影响)
A .以速度02
v 的射入的正电子01()e B .以速度0v 射入的电子01
()-e C .以速度02v 射入的核21(H)
D .以速度04v 射入的a 粒子4
1(He)3.如图,距离为d 的两平行金属板P 、Q 之间有一匀强磁场,磁感应强度大小为1B ,一束速度大小为v 的等离子体垂直于磁场喷入板间,相距为L 的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中,磁感应强度大小为2B ,导轨平面与水平面夹角为θ,两导轨分别与P 、Q 相连,质量为m 、电阻为R 的金属棒ab 垂直导轨放置,恰好静止,重力加速度为g ,不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力,下列说法正确的是(
A .导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上,12sin mgR v
钨铜电触头B B Ld θ=
第十一届全国人民代表大会第四次会议
B .导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下,12sin mgR v B B Ld θ=日用化工品
C .导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上,12tan mgR v B B Ld θ=
D .导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下,12tan mgR v B B Ld
θ
=
二、速度选择器
4.如图为某型号质谱仪工作原理示意图。M N 、为两正对平行金属板,12O O 为其轴线,两板间有方向如图所示的、大小为E 的匀强电场及垂直于纸面向里、磁感应强度为1B 的匀强磁场(图中未画出)。原子核沿12O O 射入两板间,只有符合要求的原子核才能从2O 点沿半径方向射入圆形匀强磁场区域,磁场区域半径为R ,磁感应强度大小为2B ,方向垂直于纸面向外。显微镜P 置于与圆形磁场同心的弧形轨道上,可沿圆轨道自由移动,C 点为12O O 延长线与圆轨道的交点,OP 与OC 间夹角为θ。不计原子核重力,下列说法正确的是(
A .不同的原子核从2O 点射出的速度大小不同
B .能够进入磁场区域的原子核的速度1B v E
isao
=C .若显微镜在θ角位置观测到原子核,则该原子核比荷12tan 2E q m B B R
θ
=D .用该质谱仪分析氢的同位素时,若在60θ=︒的位置观察到的是到氕核,那么在120θ=°位置观察到的是氚核
恐惧的总和5.有人设计了如图所示的简易实验装置来筛选实验室所需要的离子。S 为离子源,能够提供大量比荷和速率均不一样的离子。AB 为两个板间电压为U 的平行金属板,相距为d (d 很小)。上部分成圆弧形,中轴线所在圆弧半径为R (如虚线所示),该区域只存在电场;下部分平直,且中间还充满磁感应强度为B 的匀强磁场。不计离子重力影响,下列说法错误的是(
A .所加磁场的方向垂直于纸面向里
B .通过改变U 和B ,可以选取满足要求的正离子
C .所有速率等于U dB
的离子均能通过该仪器D .通过该仪器的离子,比荷一定为
2U
dRB 6.有人设想用如图所示的装置来选择密度相同、大小不同的球状纳米粒子。粒子在电离室中电离后带正电,电量与其表面积成正比。电离后,粒子缓慢通过小孔1O 进入极板间电压为U 的水平加速电场区域Ⅰ,再通过小孔2O 射入相互正交的匀强电场、匀强磁场区域Ⅱ,其中磁场的磁感应强度大小为B ,方向如图。收集室的小孔3O 与1O 、2O 在同一条水平线上。半径为0r 的粒子,其质量为0m 、电量为0q ,刚好能沿13O O 直线射入收集室。不计纳米粒子重力,击中极板的粒子被板吸收且不影响原来的电场分布(半径为R 的球体体积公式3
43R V π=,球体表面积公式24S R π=),则(
A
.电场强度大小为B
.电场强度大小为C .若粒子半径为r
D .若粒子半径为r
三、质谱仪7.如图所示为质谱仪的工作原理图,在容器A 中存在若干种电荷量q 相同而质量m 不同的带电粒子,它们可从容器A 下方经过窄缝S 1和S 2之间的电场加速后射入速度选择器,速度选择器中的电场E 和磁场B 都垂直于离子速度υ,且E 也垂直于B 。通过速度选择器的粒子接着进入均匀磁场B 0中,沿着半圆周运动后到
达照相底片上形成谱线。若测出谱线A到入口S0的距离为x,则下列能正确反映x与m之间函数关系的是()
A.B.C.D.
8.质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具,其工作原理示意图如图所示。现利用质谱仪对氢元素进行分析,让氢的三种同位素(氕、氘、氚)的离子流从容器A下方的小孔S1无初速度飘入电势差为U的的加速电场,加速后经小孔S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B匀强磁场中,最后打在照相底片D上,形成a,b,c三条“质谱线”,不计离子的重力和离子间的相互作用,下列判断正确的是()
A.a、b、c三条“质谱线”依次对应的是氕、氘、氚
B
C.氕、氘、氚在磁场中运动的半径之比为
D.氕、氘、氚在磁场中运动的时间之比为3∶2∶1
9.某种质谱仪的工作原理示意图如图所示。此质谱仪由以下几部分构成:粒子源N;P、Q间电压恒为U的加速电场;静电分析器,即中心线半径为R的四分之一圆形通道,通道内有均匀辐射电场,方向沿径向指向圆心O,且与圆心O等距的各点电场强度大小相等;磁感应强度为B的有界匀强磁场,方向垂直纸面向外。当有粒子打到胶片M上时,可以通过测量粒子打到M上的位置来推算粒子的比荷,从而分析粒子的种类及

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