2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第九章微專題68現(xiàn)代科技儀器中的復(fù)合場問題練習(xí)含解析教科版

PAGEPAGE1微專題68現(xiàn)代科技儀器中的復(fù)合場問題現(xiàn)代科技儀器中涉及復(fù)合場的有：質(zhì)譜儀、回旋加速器、速度選擇器、磁流體發(fā)電機、電磁流量計、霍爾元件等．1．如圖1所示為回旋加速器的示意圖．兩個靠得很近的D形金屬盒處在與盒面垂直的勻強磁場中，一質(zhì)子從加速器的A處起先加速．已知D形盒的半徑為R，磁場的磁感應(yīng)強度為B，高頻交變電源的電壓為U、頻率為f，質(zhì)子質(zhì)量為m，電荷量為q.下列說法錯誤的是()圖1A．質(zhì)子的最大速度不超過2πRfB．質(zhì)子的最大動能為eq\f(q2B2R2,2m)C．質(zhì)子的最大動能與電壓U無關(guān)D．只增大磁感應(yīng)強度B，可減小質(zhì)子的最大動能2．(2024·全國卷Ⅰ·15)現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重許多倍的離子，其示意圖如圖2所示，其中加速電壓恒定．質(zhì)子在入口處從靜止起先被加速電場加速，經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場．若某種一價正離子在入口處從靜止起先被同一加速電場加速，為使它經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應(yīng)強度增加到原來的12倍．此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為()圖2A．11 B．12C．121 D．1443．(2024·江蘇通州區(qū)、海門市、啟東三縣聯(lián)考)利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件，廣泛應(yīng)用于測量和自動限制等領(lǐng)域．如圖3是霍爾元件的工作原理示意圖，磁感應(yīng)強度B垂直于霍爾元件的表面對下，通入圖示方向的電流I，C、D兩側(cè)面會形成電勢差UCD.下列說法中正確的是()圖3A．霍爾元件的上下表面的距離越大，UCD越大B．若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢差UCD<0C．僅增大電流I時，電勢差UCD不變D．假如僅將霍爾元件改為電解質(zhì)溶液，其他條件不變，電勢差UCD將變大4．(多選)(2024·江蘇泰州市泰州中學(xué)等綜合評估)為了測量化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在排污管末端安裝了流量計(流量Q為單位時間內(nèi)流過某截面流體的體積)．如圖4所示，長方體絕緣管道的長、寬、高分別為a、b、c，左、右兩端開口，所在空間有垂直于前后表面、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場，在上、下兩個面的內(nèi)側(cè)固定有金屬板M、N，污水充溢管道從左向右勻速流淌．測得M、N間電壓為U，污水流過管道時受到的阻力大小f＝kLv2，k是比例系數(shù)，L為污水沿流速方向的長度，v為污水的流速．則()圖4A．污水的流量Q＝eq\f(abU,B)B．金屬板M的電勢不肯定高于金屬板N的電勢C．電壓U與污水中離子濃度無關(guān)D．左、右兩側(cè)管口的壓強差Δp＝eq\f(kaU2,bB2c3)5.醫(yī)生做某些特別手術(shù)時，利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度．電磁血流計由一對電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場是勻稱的．運用時，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖5所示．由于血液中的正、負(fù)離子隨血液一起在磁場中運動，電極a、b之間會有微小電勢差．在達到平衡時，血管內(nèi)部的電場可看做是勻強電場，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零．在某次監(jiān)測中，兩觸點間的距離為3.0mm，血管壁的厚度可忽視，兩觸點間的電勢差為160μV，磁感應(yīng)強度的大小為0.040T．則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為()圖5A．1.3m/s，a正、b負(fù) B．2.7m/s，a正、b負(fù)C．1.3m/s，a負(fù)、b正 D．2.7m/s，a負(fù)、b正6．(多選)如圖6所示為磁流體發(fā)電機的原理圖．金屬板M、N之間的距離為d＝20cm，磁場的磁感應(yīng)強度大小為B＝5T，方向垂直紙面對里．現(xiàn)將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒，整體呈中性)從左側(cè)噴射入磁場，發(fā)覺在M、N兩板間接入的額定功率為P＝100W的燈泡正常發(fā)光，且此時燈泡電阻為R＝100Ω，不計離子重力和發(fā)電機內(nèi)阻，且認(rèn)為離子均為一價離子，則下列說法中正確的是()圖6A．金屬板M上聚集負(fù)電荷，金屬板N上聚集正電荷B．該發(fā)電機的電動勢為100VC．離子從左側(cè)噴射入磁場的初速度大小為103m/sD．每秒鐘有6.25×1018個離子打在金屬板N上7．(2024·東北三省四市教研聯(lián)合體模擬)隨著電子技術(shù)的發(fā)展，霍爾傳感器被廣泛應(yīng)用在汽車的各個系統(tǒng)中．其中霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速時，情景簡化如圖7甲所示，被測量轉(zhuǎn)子的輪齒(具有磁性)每次經(jīng)過霍爾元件時，都會使霍爾電壓發(fā)生改變，傳感器的內(nèi)置電路會將霍爾元件電壓調(diào)整放大，輸出一個脈沖信號，霍爾元件的原理如圖乙所示．下列說法正確的是()圖7A．霍爾電壓是由于元件中定向移動的載流子受到電場力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的B．若霍爾元件的前端電勢比后端低，則元件中的載流子為負(fù)電荷C．在其他條件不變的狀況下，霍爾元件的厚度c越大，產(chǎn)生的霍爾電壓越高D．若轉(zhuǎn)速表顯示1800r/min，轉(zhuǎn)子上齒數(shù)為150個，則霍爾傳感器每分鐘輸出12個脈沖信號8．(多選)(2024·江蘇蘇錫常鎮(zhèn)月考)電動自行車是一種應(yīng)用廣泛的交通工具，其速度限制是通過轉(zhuǎn)動右把手實現(xiàn)的，這種轉(zhuǎn)動把手稱為“霍爾轉(zhuǎn)把”，屬于傳感器非接觸限制．轉(zhuǎn)把內(nèi)部有永久磁鐵和霍爾元件等，截面如圖8甲．永久磁鐵的左右兩側(cè)分別為N、S極，開啟電源時，在霍爾元件的上下面之間加肯定的電壓，形成電流，如圖乙．隨著轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動，其內(nèi)部的永久磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動，霍爾元件能輸出限制車速的霍爾電壓，已知電壓與車速關(guān)系如圖丙，以下關(guān)于“霍爾轉(zhuǎn)把”敘述正確的是()圖8A．為提高限制的靈敏度，永久磁鐵的上下端分別為N、S極B．按圖甲順時針轉(zhuǎn)動電動車的右把手(手柄轉(zhuǎn)套)，車速將變快C．圖乙中從霍爾元件的前后面輸出限制車速的霍爾電壓D．若霍爾元件的上下面之間所加電壓正負(fù)極性對調(diào)，將影響車速限制

答案精析1．D2．D[由動能定理得qU＝eq\f(1,2)mv2，帶電粒子進入磁場的速度為v＝eq\r(\f(2qU,m))，依據(jù)牛頓其次定律有qvB＝meq\f(v2,R)，聯(lián)立得到m＝eq\f(qB2R2,2U)，由題意可知，該離子與質(zhì)子在磁場中具有相同的軌道半徑和電荷量，故eq\f(m0,mp)＝144，故選D.]3．B[依據(jù)左手定則，電子向C側(cè)面偏轉(zhuǎn)，C表面帶負(fù)電，D表面帶正電，所以D表面的電勢高，則UCD＜0.C、D間存在電勢差，則兩者之間就存在電場，電子在電場力和洛倫茲力作用下處于平衡，設(shè)霍爾元件的長寬高分別為a、b、c，有qeq\f(U,b)＝qvB，I＝nqvS＝nqvbc，則U＝eq\f(BI,nqc)，故A錯誤，B正確；由表達式U＝eq\f(BI,nqc)可知，僅增大電流I時，電勢差UCD增大，故C錯誤；假如僅將霍爾元件改為電解質(zhì)溶液，其他條件不變，陰陽離子都向一個方向偏轉(zhuǎn)，電勢差UCD將變小或者變?yōu)榱?，故D錯誤．]4．CD5．A[由于正、負(fù)離子在勻強磁場中垂直于磁場方向運動，利用左手定則可以推斷電極a帶正電，電極b帶負(fù)電．依據(jù)離子所受的電場力和洛倫茲力的合力為0，即qvB＝qE，得血液流淌速度v＝eq\f(E,B)＝eq\f(U,Bd)≈1.3m/s，A正確．]6．BD[由左手定則可知，射入的等離子體中正離子將向金屬板M偏轉(zhuǎn)，負(fù)離子將向金屬板N偏轉(zhuǎn)，選項A錯誤；由于不考慮發(fā)電機的內(nèi)阻，由閉合電路歐姆定律可知，電源的電動勢等于電源的路端電壓，所以E＝U＝eq\r(PR)＝100V，選項B正確；由Bqv＝qeq\f(U,d)可得v＝eq\f(U,Bd)＝100m/s，選項C錯誤；每秒鐘經(jīng)過燈泡L的電荷量Q＝It，而I＝eq\r(\f(P,R))＝1A，所以Q＝1C，由于離子為一價離子，所以每秒鐘打在金屬板N上的離子個數(shù)為n＝eq\f(Q,e)＝eq\f(1,1.6×10－19)＝6.25×1018(個)，選項D正確．]7．B[元件內(nèi)載流子受到洛倫茲力和電場力的作用，故A錯誤；依據(jù)左手定則，電子向前端偏轉(zhuǎn)，前端帶負(fù)電，后端帶正電，所以前端的電勢低，符合要求，則元件中的載流子為負(fù)電荷，故B正確；當(dāng)電場力和洛倫茲力平衡，有qeq\f(U,b)＝qvB，I＝nqvS＝nqvbc，解得U＝Bvb＝Beq\f(1,nqc)，故當(dāng)c增大時，U減小，故C錯誤；轉(zhuǎn)速n＝1800r/min＝30r/s,則霍爾傳感器每分鐘輸出的脈沖信號個數(shù)為150×30×60個＝270000(個)，故D錯誤．]8．BC[由于在霍爾元件的上下面之間加肯定的電壓，形成電流，當(dāng)永久磁鐵的上下端分別為N、S極時，磁場與電子的移動方向平行，則電子不受洛倫茲力作用，那么霍爾