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2024 年高考物理一轮复习热点重点难点夯练与提升
专题60 电磁场中各类仪器使用原理
特训目标
特训内容
目标1
速度选择器（1T—3T）
目标2
质谱仪（4T—6T）
目标3
磁流体发电机（7T—9T）
目标4
电磁流量计（10T—12T）
目标5
霍尔元件（13T—15T）
目标6
回旋加速器（16T—18T）
【特训典例】
一、速度选择器
1．如图为速度选择器示意图，P1、P2为其两个极板。某带电粒子电荷量为q，以速度v0从S1射入，恰能沿
虚线从S2射出。不计粒子重力，下列说法正确的是（ ）
A．该粒子一定带正电
B．该粒子以速度v0从S2射入，也能沿虚线从S1射出
C．该粒子以速度3v0从S1射入，仍能沿虚线从S2射出
D．该粒子电荷量变为3q，以速度v0从S1射入，仍能沿虚线从S2射出
2．如图所示，平行金属板间存在匀强电场和匀强磁场。一带电量为+q，质量为m 的粒子（不计重力）以
速度v 水平向右射入，粒子恰沿直线穿过。若带电粒子（ ）
A．带电量为+2q 时，粒子仍能沿直线穿过
B．带电量为−2q 时，粒子仍能沿直线穿过
C．速度为2v 时，粒子仍能沿直线穿过
1
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D．从右侧向左侧水平射入时，粒子仍能沿直线穿过
3．实验小组用图甲所示装置研究电子在平行金属板间的运动。将放射源P 靠近速度选择器，速度选择器
中磁感应强度为B（垂直纸面向里），电强度为E（竖直向下）、P 能沿水平方向发出不同速率的电子。某
速率粒子能沿直线通过速度选择器，再沿平行金属板A、B 的中轴线O1O2射出板间。已知水平金属板长为
L、间距为d，两板间加有图乙所示的交变电压，电子的电荷量为e，质量为m（电子重力及相互间作用力
忽略不计），以下说法中正确的有（ ）
A．沿直线穿过速度选择器的电子的速率为
B．只增大速度选择器中的电场强度E，沿中轴线射入的电子穿过板间的时间变长
C．若
时刻进入A、B 板间的电子恰能水平飞出金属板的位置一定在O2点
D．若t=0 时刻进入金属板间A、B 的电子恰能水平飞出，则
（n=1，2，3…）的粒子也能水平飞
出
二、质谱仪
4．某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，
为粒子加速器，加速电压为
；
为速度选择器，磁
场与电场正交，磁感应强度为
；
为偏转分离器，磁感应强度为
。今有一质量为
、电荷量为
的粒
子（不计重力），经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动。则下列说
法正确的是（ ）
2
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A．粒子带负电
B．粒子进入速度选择器的速度
C．速度选择器两板间电场强度
D．减小加速电压，粒子在分离器中运动的时间变短
5．如图所示，一个质量为m、电荷量为e 的粒子从容器A 下方的小孔S 无初速度地飘入加速电场，经加速
后竖直向下垂直磁场边界从N 点进入磁感应强度为B 的匀强磁场中，最后垂直打在距入射点N 为d 的底片
上的M 点。粒子重力不计，则（ ）
A．粒子进入磁场时的速率
B．粒子在磁场中运动的时间
C．加速电场的电势差
D．若加速电场的电压U 增大一倍，d 也增大一倍
6．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（
3
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）
A．a、b、c 三条“质谱线”依次对应的是氕、氘、氚
B．氕、氘、氚进入磁场瞬间速率之比为
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
∶∶
三、磁流体发电机
7．磁流体发电机的原理如图所示，燃烧室在
的高温下将气体全部电离成高温等离子体。等离子体
经喷管提速后以速度v 进入矩形发电通道，发电通道中有垂直于喷射速度方向的匀强磁场。已知磁感应强
度大小为B，发电通道长为l，宽为b，高为a，高温等离子体的电阻率
，外部电路连接一阻值为R 的电
阻，导线电阻不计。当开关S 闭合后，下列说法正确的是（ ）
A．外部电路中的电流方向为由N→R→M
B．回路电流
C．发电机的输出功率
4
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D．为维持等离子匀速流动，矩形发电通道左右端的压强差
8．如图所示，两水平放置的平行金属板P、Q 之间有一水平向左、磁感应强度为
的金属板间的距离为
d，两板间有一束平行于金属板的等离子体垂直于磁场喷入板间，将两板分别与两根水平放置的光滑金属
导轨M、N 连接，金属棒垂直于导轨放置，金属棒的电阻为R，棒的中点用绝缘细绳经光滑定滑轮与质量
为m 的物体相连，导轨间的距离为L，导轨间存在竖直方向大小为
的匀强磁场，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，为使金属棒保持静止，则等离子体喷入板间时速度大小应
为（ ）
A．
B．
C．
D．
9．磁流体发电技术就是把燃料（石油、天然气、燃煤、核能等）直接加热成易于电离的气体，使之在
2000℃的高温下电离成导电的离子流，以极高的速度喷射到磁场中去，利用磁场对带电的流体产生的作用，
从而形成电流，其原理图如图所示，已知等离子体射入的初速度为
，匀强磁场磁感应强度大小为B，平
行金属板A、B 的长度为a、宽度为b、间距为L，金属板A、B 的宽边外接阻值为R 的定值电阻，稳定后，
等离子体均匀分布在金属板A、B 之间，且电阻率为
，不计离子的重力及离子间的相互作用。下列说法
正确的是（ ）
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A．电流从金属板B 流经电阻R 返回金属板A
B．将磁流体发电机看成是电源，则电源内阻
C．电流表的读数为
D．将金属板A、B 水平旋转90°，再将阻值为R 的电阻接在金属板A、B 的长度为a 的边两端，电流表
的读数变大
四、电磁流量计
10．党的二十大报告中，习近平总书记明确指出，中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化，尊重自然、
顺应自然、保护自然是全面建设社会主义现代化国家的内在要求。某调查组在化工厂的排污管末端安装了
如图所示的流量计，测量管由绝缘材料制成，水平放置，其长为
、直径为
，左右两端开口，匀强磁场
大小为
，方向竖直向上（图中未画出），在前后两个内侧面
上固定有金属板作为电极，污水充满管
口从左向右流经测量管时，
两端电压为
，显示仪器显示污水流量为
（单位时间内排出的污水体
积），下列说法正确的是（ ）
A．若污水中正离子较多，则
侧电势比侧电势高
B．污水中离子浓度越高，
两端电压
越大
C．测量管长度
越大，
两端电压
越大
D．显示器示数
11．为了测量化工厂的污水排放量，技术人员在排污管末端安装了流量计（流量Q 为单位时间内流过某截
面流体的体积）。如图所示，长方体绝缘管道的长、宽、高分别为a、b、c，左、右两端开口，所在空间
有垂直于前后面向里、磁感应强度大小为B 的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N，含
有大量的正、负离子的污水充满管道，从左向右匀速流动，测得M、N 间电压为U。由于污水流过管道时
受到阻力f 的作用，左、右两侧管口需要维持一定的压强差。已知沿流速方向长度为L、流速为v 的污水，
受到的阻力
（k 为比例系数）。下列说法正确的是（ ）
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A．污水的流量
B．金属板
的电势低于金属板
的电势
C．电压
与污水中的离子浓度有关
D．左、右两侧管口的压强差为
12．医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a 和b
以及磁极N 和S 构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b 均与血管壁接触，两触点的连线、磁
场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b
之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和
磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点的距离为
，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为
，磁感应强度的大小为
。则血流速度的近似值和电极a、b 的正负为（ ）
A．a 正、b 负
B．a 负、b 正
C．血流速度的近似值为
D．血流速度的近似值为
五、霍尔元件
13．2020 年12 月2 号22 时，经过约19 小时月面工作，嫦娥5 号完成了月面自动采样封装，这其中要用到
许多的压力传感器。有些压力传感器是通过霍尔元件将压力信号转化为电信号。如图，一块宽为a、长为
c、厚为h 的长方体半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e 的自由电子，通入方向如图的电流时，
电子的定向移动速度为v。若元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，在元件的前、后表面间出
7
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现电压U，以此感知压力的变化。则元件的（ ）
A．前表面的电势比后表面的高
B．前、后表面间的电压U 与v 成正比
C．自由电子受到的洛伦兹力大小为
D．工作稳定后，霍尔元件中的正电荷受到的洛伦兹力和电场力是等大反向的，所以正电荷不会像电子
一样发生定向移动
14．图甲为霍尔效应的原理示意图，图中霍尔电压
，如图乙所示，在自行车的前叉上固定一霍尔
元件，在前轮辐条上安装一块磁铁，这样，轮子每转一周，磁铁就靠近霍尔传感器一次，便可测出某段时
间内的脉冲数，从而得到自行车的平均速度并通过速度计显示出来，设自行车前轮的半径为
，磁铁到前
轮转轴的距离为，则下列说法正确的是（ ）
A．若霍尔元件的载流子是负电荷，则图甲中
端电势高于
端电势
B．如果长时间不更换传感器的电池，霍尔电压会越来越大
C．如果在时间内得到的脉冲数为
，则自行车骑行的平均速度为
D．若前轮漏气，则速度计测得的骑行速度比实际速度偏小
15．如图所示为利用霍尔元件制成的微小位移传感器。在两块磁感应强度相同、同极相对放置的磁体缝隙
中放入霍尔元件，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B 为零，霍尔电压UH为零，可将该位置作为
位移的零点。当霍尔元件沿着±z 方向（z 轴垂直于元件的左右表面）移动时，则有霍尔电压输出，若磁感
应强度大小与位移大小成正比。一块长方体金属霍尔元件，上下表面是宽为a 的正方形，高为b，通入垂
直表面向前的恒定电流I 时，则元件（ ）
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A．当
大于零时，上表面的电势比下表面的电势高
B．上、下表面间的霍尔电压UH与I 无关
C．传感器的灵敏度
与霍尔元件的宽度a 有关
D．传感器的灵敏度
与霍尔元件的高度b 有关
六、回旋加速器
16．如图所示，用同一个回旋加速器分别加速静止的氕核
、氘核
与氦核
，加速电压大小相等，磁
场的磁感应强度大小相等，不考虑粒子在电场中的运动时间以及粒子质量的变化。则下列说法正确的是（
）
A．三种原子核在回旋加速器中运动时间相同
B．离开加速器时的速度最大的是氦核
C．离开加速器时的动能最小的是氕核
D．加速氘核
后再对氦核
进行加速，需要重新调整加速电压周期
17．1932 年，劳伦斯和利文斯顿设计出了回旋加速器，其工作原理如图所示，置于高真空中的D 形金属盒
半径为R，两盒间接交流电源，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略不计，磁感应强度
为B 的匀强磁场与盒面垂直，A 处粒子源产生的质量为m、电荷量为q 的质子（初速度很小，可以忽略）
在加速器中被加速，加速电压为U，加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。则（ ）
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A．交流电源的周期为
B．质子第二次和第一次经过D 型盒间狭缝后轨道半径之比为
C．质子在电场中被加速的次数最多为
D．质子从静止开始加速到出口处所需的时间为
18．如图甲所示是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D 形金属盒．在加速带电
粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连．带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t
的变化规律如图乙所示，忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是（ ）
A．在Ek－t 图中应有t4－t3＝t3－t2＝t2－t1
B．高频电源的变化周期应该等于tn－tn－1
C．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大
D．要想粒子获得的最大动能增大，可增加D 形盒的半径
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