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高考重点考点解读与针对性训练
第十二章 磁场
考点98 质谱仪
【考点解读】
考点1 速度选择器
1.原理
（1）平行板间电场强度E 和磁感应强度B 互相垂直。（如图）
（2）带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是洛伦兹力与静电力平衡，所以qvB
＝qE，即v＝E
B 。
2.特点
（1）速度选择器只能选择粒子的速度，不能选择粒子的电性、电荷量、质量。
（2）速度选择器具有单向性：粒子只能从一侧射入才可能做匀速直线运动，从另一侧射入
则不能。
考点2 质谱仪
1.构造：
如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。
2.原理：粒子由静止被加速电场加速，有qU＝1
2mv2。
粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝mv
2
r
。
由以上两式可得r＝1
B√
2mU
q
，m＝qr
2B
2
2U
，q
m＝2U
B
2r
2。
1
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【高考真题】
3. （2025 高考广西卷）如图，带等量正电荷q 的M、N 两种粒子，以几乎为0 的初速度从
S 飘入电势差为U 的加速电场，经加速后从O 点沿水平方向进入速度选择器（简称选择
器）。选择器中有竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场。当选择器的电场强度
大小为E，磁感应强度大小为B1，右端开口宽度为2d 时，M 粒子沿轴线OO′穿过选择器后，
沿水平方向进入磁感应强度大小为B2、方向垂直纸面向外的匀强磁场（偏转磁场），并
最终打在探测器上；N 粒子以与水平方向夹角为θ 的速度从开口的下边缘进入偏转磁
场，并与M 粒子打在同一位置，忽略粒子重力和粒子间的相互作用及边界效应，则（
）
A．M 粒子质量为
B．刚进入选择器时，N 粒子的速度小于M 粒子的速度
C．调节选择器，使N 粒子沿轴线OO′穿过选择器，此时选择器的电场强度与磁感应强度大
小之比为
D．调节选择器，使N 粒子沿轴线OO′进入偏转磁场，打在探测器上的位置与调节前M 粒
子打在探测器上的位置间距为
2
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【答案】AD
【解析】对M 粒子在加速电场中，
在速度选择器中
解得，
，A 正确；
进入粒子速度选择器后因N 粒子向下偏转，可知
即，
，B 错误；
设M 粒子在磁场中运动半径为r1，则
解得：
设N 粒子在磁场中运动半径为r2，则
解得：
其中
可得
由动能定理，N 粒子在选择器中，
3
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在加速电场中
解得
则要想使得粒子N 沿轴线OO’通过选择器，则需满足
联立解得
，C 错误；
若粒子N 沿轴线OO’通过选择器，设在磁场中运动半径为r3，则打在探测器的位移与调节
前M 打在探测器上的位置间距为△x=2r3-2r1，
其中
可得
，D 正确。
3．（2025 年高考云南卷）（13 分）磁屏蔽技术可以降低外界磁场对屏蔽区域的干扰。如
图所示，
区域存在垂直
平面向里的匀强磁场，其磁感应强度大小为
（未知）。
第一象限内存在边长为
的正方形磁屏蔽区ONPQ，经磁屏蔽后，该区域内的匀强磁场方
向仍垂直
平面向里，其磁感应强度大小为
（未知），但满足
。某质量为
m、电荷量为
的带电粒子通过速度选择器后，在
平面内垂直y 轴射入
区
4
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域，经磁场偏转后刚好从ON 中点垂直ON 射入磁屏蔽区域。速度选择器两极板间电压U、
间距d、内部磁感应强度大小
已知，不考虑该粒子的重力。
(1)求该粒子通过速度选择器的速率；
(2)求
以及y 轴上可能检测到该粒子的范围；
(3)定义磁屏蔽效率
，若在Q 处检测到该粒子，则
是多少？
【答案】(1)
(2)
，
(3)
【解析】（1）由于该粒子在速度选择器中受力平衡，故
其中
则该粒子通过速度选择器的速率为
（3 分）
（2）粒子在
区域内左匀速圆周运动，从ON 的中点垂直ON 射入磁屏蔽区域，由几何
关系可知
5
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由洛伦兹力提供给向心力
联立可得
由于
，根据洛伦兹力提供给向心力
解得
当
时粒子磁屏蔽区向上做匀速直线运动，离开磁屏蔽区后根据左手定则，粒子向左
偏转，如图所示
根据洛伦兹力提供向心力
可得
故粒子打在y 轴3L 处，综上所述y 轴上可能检测到该粒子的范围为
。（5 分）
（3）若在Q 处检测到该粒子，如图
6
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由几何关系可知
解得
由洛伦兹力提供向心力
联立解得
其中
根据磁屏蔽效率
可得若在Q 处检测到该粒子，则
（5 分）
【针对性训练】
（2025·广东茂名期中）速度选择器是质谱仪的重要组成部分，工作时电场和磁场联合作用，
从各种速率的带电粒子中选择出具有一定速率的粒子。下列结构能成为速度选择器的是（
）
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解析：B A 项中从入口射入的带正电荷的粒子受向上的静电力和向上的洛伦兹力，粒子向
上偏转，则该结构不能成为速度选择器，故A 错误；B 项中从入口射入的带正电荷的粒子
受向下的静电力和向上的洛伦兹力，当二力大小相等时粒子沿直线从出口射出，则该结构
能成为速度选择器，故B 正确；C 项中从入口射入的带正电荷的粒子受向下的静电力和向
下的洛伦兹力，粒子向下偏转，则该结构不能成为速度选择器，故C 错误；D 项中从入口
射入的带正电荷的粒子受向下的静电力和向下的洛伦兹力，粒子向下偏转，则该结构不能
成为速度选择器，故D 错误。
（2025 届大湾区普通高中毕业年级联合模拟考试（二））如图所示为某质谱仪的简化示意
图，它由加速电场、静电偏转区、真空通道和磁场偏转区组成。现有一
粒子在
点从静
止开始经电压恒定的电场加速后进入静电偏转区，然后匀速通过真空通道后进入磁场偏转
区，最终打到
点，运动轨迹如图中虚线所示。
粒子在静电偏转区和磁场偏转区中均
做匀速圆周运动。下列说法正确的是（ ）
A. 静电偏转区内的电场是匀强电场
B. 磁场偏转区内磁场方向垂直于纸面向里
C. 仅将
粒子改
质子，质子仍能在静电偏转区沿虚线运动
D. 仅将
粒子改为氘核（
），氘核不会沿虚线运动到
点
【答案】C
【解析】．
粒子在静电偏转区做匀速圆周运动，电场力提供向心力，方向不断变化，说
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明电场方向也不断变化，则电场不是匀强电场，故A 错误；
粒子在磁场偏转区受到的洛
伦兹力提供向心力根据左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外，故B 错误；在从加速电场
射出后，满足
，在静电偏转区域，由
，则
则质子也能
静电偏转区域沿虚线做匀速圆周运动，与电荷和质量无关，故C 正确；
在从加速电场射出后，满足
，
粒子和氘核比荷相同，则两者射出后速度相
同，在静电偏转区域，同样满足
，做匀速圆周运动；在磁场区域，也满足
，则氘核会沿虚线运动到M 点，故D 错误。
.（2025·福建漳州三模）如图，一质谱仪由加速电场、静电分析器、磁分析器构成。静电
分析器通道的1
4 圆弧中心线半径为R，通道内有均匀辐向电场，方向指向圆心O，中心线处
各点的电场强度大小相等。磁分析器中分布着方向垂直于纸面的有界匀强磁场，边界为矩
形CNQD，NQ＝2d，PN＝3d。质量为m、电荷量为q 的粒子（不计重力），由静止开始从
A 板经电压为U 的电场加速后，沿中心线通过静电分析器，再由P 点垂直磁场边界进入磁
分析器，最终打在胶片ON 上，则（ ）
A.磁分析器中磁场方向垂直于纸面向外
B.静电分析器中心线处的电场强度E＝U
R
C.仅改变粒子的比荷，粒子仍能打在胶片上的同一点
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D.要使粒子能到达NQ 边界，磁场磁感应强度B 的最小值为1
2d √
2mU
q
解析：D 由静电分析器的静电力充当向心力可知，粒子带正电，根据左手定则可知，磁
分析器中磁场方向垂直于纸面向里，故A 错误；在加速电场中，根据动能定理，有qU＝1
2
mv2，在静电分析器中静电力充当向心力，有qE＝mv
2
R
，联立可得E＝2U
R ，故B 错误；在
磁分析器中，根据洛伦兹力提供向心力，有qvB＝
m v
2
D
2
，可得粒子进入磁分析器到打在胶
片上的距离D＝2
B√
2mU
q
，所以此距离与粒子的比荷有关，仅改变粒子的比荷，粒子不能
打在胶片上的同一点，故C 错误；由上述公式可知，磁场磁感应强度B 越小，半径越大，
当B 取最小值时，粒子与QD 边相切，由于圆心在PN 上，则半径R＝2d，此时有4d＝
2
B√
2mU
q
，解得Bmin＝1
2d √
2mU
q
，故D 正确。
（2025·福建福州期末）一质谱仪由加速器、速度选择器和磁分析器组成，其装置简化成如
图所示。质量为m、带电荷量为q 粒子由静止被加速电场加速后，以速度v 进入速度选择
器。速度选择器内存有相互正交的匀强磁场和匀强电场，其中电场强度大小为E、磁感应
强度大小未知；通过速度选择器后，粒子从O 点垂直于磁场边界SP 的方向进入磁分析器，
最后粒子击中磁场边界上的P 点。磁分析器分布着垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度
大小为B2；不计粒子重力。求：
（1）加速电场的电压U0；
答案：（1）mv
2
2q
解析：（1）根据题意，粒子在加速电场中，由 动能定理有qU0＝1
2mv2，解得U0＝mv
2
2q
。
（2）速度选择器中匀强磁场磁感应强度大小B1；
答案：（2）E
v
解析：（2）粒子在速度选择器中，有qvB1＝qE
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解得B1＝E
v 。
（3）磁分析器中O、P 两点间的距离d。
答案：（3）2mv
q B2
解析：（3）粒子在磁分析器中，有qvB2＝mv
2
r
，得r＝mv
q B2
则d＝2r＝2mv
q B2
。
11
