高考物理一轮复习课时检测五十七磁场技术应用实例含解析新人教版

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磁场技术应用实例1.回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示。设D形盒半径为R。若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f。则下列说法正确的是(　　)A．质子被加速后的最大速度不可能超过2πfRB．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关C．高频电源只能使用矩形交变电流，不能使用正弦式交变电流D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子解析：选A　由T＝，T＝，可得质子被加速后的最大速度为2πfR，其不可能超过2πfR，质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关，选项A正确，B错误；高频电源可以使用正弦式交变电源，选项C错误；要加速α粒子，高频交流电周期必须变为α粒子在其中做圆周运动的周期，即T＝，故选项D错误。2.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液一起在磁场中运动，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做是匀强电场，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，两触点间的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 μV，磁感应强度的大小为0.040 T。则血流速度的近似值和电极a、b的正负为(　　)A．1.3 m/s，a正、b负　 　 B．2.7 m/s，a正、b负C．1.3 m/s，a负、b正  D．2.7 m/s，a负、b正解析：选A　由于正、负离子在匀强磁场中垂直于磁场方向运动，利用左手定则可以判断电极a带正电，电极b带负电。血液流动速度可根据离子所受的电场力和洛伦兹力的合力为0求解，即qvB＝qE得v＝＝≈1.3 m/s，A正确。
3.(多选)如图是质谱仪的工作原理示意图，电荷量相同的带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器，速度选择器内正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场，下列表述正确的是(　　)A．质谱仪是给同位素加速的工具B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的质量越小解析：选BD　进入B0的粒子满足qvB0＝m，即＝，知道粒子所带电荷量后，便可求出粒子的质量，所以质谱仪可以用来分析同位素，故A错误；根据粒子在磁场中的轨迹可知粒子带正电，则粒子在复合场中所受电场力的方向向左，洛伦兹力的方向向右，由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向里，故B正确；能通过狭缝P的带电粒子满足qE＝qvB，得v＝，故C错误；由＝，知r越小，粒子的比荷越大，当带电荷量相同时，粒子打在胶片上的位置越靠近P，粒子的质量越小，故D正确。4．如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在AC板间，虚线中间不需加电场。带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动。对这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是(　　)A．带电粒子每运动一周被加速两次B．带电粒子每运动一周P1P2＝P3P4C．带电粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关D．加速电场方向需要做周期性的变化解析：选C　带电粒子只有经过AC板间时被加速，即带电粒子每运动一周被加速一次，加速电场的方向不需要改变，故A、D错误；根据r＝得，则P1P2＝2(r2－r1)＝，因为带电粒子每运动一周被加速一次，根据v22－v12＝2ad(定值)，知每运动一周，速度的变化量不等，且v4－v3<v2－v1，则P1P2>P3P4，故B错误；当带电粒子从D形盒中出来时，速度最大，根据r＝得，v＝，知带电粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关，故C正确。5.如图是磁流体发电机的示意图，在间距为d的平行金属板A、C间，存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场，两金属板通过导线与滑动变阻器R相连，等离子体以速度v平行于两金属板垂直射入磁场。若要减小该发电机的电动势，可采取的方法是(　　)A．增大d  B．增大BC．增大R  D．减小v解析：选D　发电机稳定工作时，有q＝qvB，则发电机的电动势E＝Bdv，要想减小电动势，则可以通过减小B、d或v实现，D正确。6.如图所示，宽度为d、厚度为h的某种导体放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过该导体时，在导体的上、下表面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和磁感应强度B的关系为：U＝k，式中的比例系数k称为霍尔系数。设载流子的电荷量为q，下列说法正确的是(　　)A．载流子所受静电力的大小F＝qB．导体上表面的电势一定大于下表面的电势C．霍尔系数为k＝，其中n为导体单位长度上的电荷数D．载流子所受洛伦兹力的大小F洛＝，其中n为导体单位体积内的电荷数解析：选D　导体中的电场强度E＝，载流子所受电场力F＝Eq＝q，A项错误；由左手定则可知，载流子受到的洛伦兹力向上，由于载流子的电性不确定，B项错误；稳定时，电场力与洛伦兹力相等，即qvB＝q，可得U＝Bhv，又电流的微观表达式I＝nqSv＝nqhdv，解得U＝，则k＝，式中n为导体单位体积内的电荷数，C项错误；由F洛＝Bqv，qv＝，解得F洛＝，D项正确。7．(多选)如图所示为一利用海流发电的装置原理图。用绝缘材料制成一个横截面为矩形的管道，在管道的上、下两个内表面装有两块电阻不计的金属板M、N，板长为a、宽为b，板间的距离为d，将管道沿海流方向固定在海水中，在管道中施加与前后表面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B，将航标灯与两金属板连接(图中未画出)。海流方向如图，海流速率为v，下列说法正确的是(　　)A．M板的电势高于N板的电势B．该海流发电机的电动势为BdvC．该海流发电机的电动势为BavD．管道内海水受到的安培力方向向左解析：选ABD　由左手定则可知，海流中的正离子受到的洛伦兹力方向向上，所以正离子向上偏转，即M板带正电；负离子受到的洛伦兹力方向向下，所以负离子向下偏转，N板带负电，可知M板的电势高于N板的电势，故A正确；M、N两板间形成电场，当离子所受的洛伦兹力和电场力平衡时，两板间的电压稳定，即q＝Bqv，得U＝Bdv，两板间电压即该海流发电机的电动势，故B正确，C错误；根据左手定则知，管道内由离子运动形成的电流方向向上，故管道内海水所受安培力方向向左，故D正确。8．电磁泵在目前的生产、科技中得到了广泛应用。如图所示，泵体是一个长方体，ab边长为L1，两侧端面是边长为L2的正方形；流经泵体内的液体密度为ρ，在泵头通入导电剂后液体的电导率为σ(电阻率的倒数)，泵体所在处有方向垂直向外的磁场B，把泵体的上、下两表面接在电压为U(内阻不计)的电源上，则(　　)A．泵体上表面应接电源负极B．通过泵体的电流I＝C．增大磁感应强度可获得更大的抽液高度D．减小液体的电导率可获得更大的抽液高度解析：选C　当泵体上表面接电源负极时，电流从下向上流过泵体，泵体内液体受到的磁场力水平向右，与抽液方向相反，故A错误；根据电阻定律，泵体内液体的电阻R＝ρ＝×＝，因此流过泵体的电流I＝＝UL1·σ，故B错误；增大磁感应强度B，泵体内液体受到的磁场力变大，因此可获得更大的抽液高度，故C正确；若减小液体的电导率，可以使电流减小，受到的磁场力减小，使抽液高度减小，故D错误。