2025年物理新高考備考2025年（版）物理《三維設(shè)計(jì)》一輪總復(fù)習(xí)（提升版）素養(yǎng)提升20⇒洛倫茲力與現(xiàn)代科技

素養(yǎng)提升20?洛倫茲力與現(xiàn)代科技CONTENTS題型一01題型二0203跟蹤訓(xùn)練·鞏固提升01題型一電磁組合場(chǎng)中的各類儀器1.作用測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分離同位素的儀器。質(zhì)譜儀2.原理（如圖所示）

A.該粒子帶負(fù)電B.該粒子比荷為9×108C/kgC.該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間約為1.96×10－5sD.若電壓U不變，打到Q點(diǎn)的粒子比荷大于打到P點(diǎn)的粒子

回旋加速器1.構(gòu)造如圖所示，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，D形

盒的縫隙處接交流電源。2.原理交流電周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等，使粒子每經(jīng)過一次D形

盒縫隙，粒子被加速一次。3.最大動(dòng)能

【例2】回旋加速器在科學(xué)研究中得到了廣泛應(yīng)用，其原理如圖所

示。D1和D2是兩個(gè)中空的半圓形金屬盒，置于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)

中，他們接在電壓為U、頻率為f的高頻交流電源上。已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的

磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形盒的半徑為r。若位于D1圓心處的粒子源A處能

不斷產(chǎn)生帶電荷量為q、速率為零的粒子經(jīng)過電場(chǎng)加速后進(jìn)入磁場(chǎng)，當(dāng)粒子被加速到最大動(dòng)能后，再將他們引出。忽略粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，忽略相對(duì)論效應(yīng)，下列說法正確的是（

）D.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍，同時(shí)改變交流電頻率，該粒子從D

形盒出口引出時(shí)的動(dòng)能為4πfqBr2

02題型二電磁疊加場(chǎng)中的各類儀器裝置原理圖規(guī)律共性規(guī)律速度選擇器

磁流

體發(fā)電機(jī)

電磁疊加場(chǎng)中的各類儀器、規(guī)律和共性裝置原理圖規(guī)律電磁流量計(jì)

霍爾元件

速度選擇器【例3】（2024·北京東城區(qū)模擬）如圖所示，速度選擇器的兩平行

導(dǎo)體板之間有方向互相垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙

面向里。一電荷量為＋q的粒子以速度v從S點(diǎn)進(jìn)入速度選擇器后，恰

能沿圖中虛線通過。不計(jì)粒子重力，下列說法可能正確的是（

）A.電荷量為－q的粒子以速度v從S點(diǎn)進(jìn)入后將向下偏轉(zhuǎn)B.電荷量為＋2q的粒子以速度v從S點(diǎn)進(jìn)入后將做類平拋運(yùn)動(dòng)C.電荷量為＋q的粒子以大于v的速度從S點(diǎn)進(jìn)入后動(dòng)能將逐漸減小D.電荷量為－q的粒子以大于v的速度從S點(diǎn)進(jìn)入后動(dòng)能將逐漸增大解析：電荷量為＋q的粒子以速度v進(jìn)入后受力平衡，即有qvB＝qE，

由左手定則可知，洛倫茲力豎直向上，電場(chǎng)力豎直向下，即電場(chǎng)強(qiáng)度

的方向豎直向下，且有E＝vB，當(dāng)電荷量為－q的粒子以速度v從S點(diǎn)進(jìn)

入后，由左手定則可知，粒子所受的洛倫茲力豎直向下，電場(chǎng)力豎直

向上，且有qE＝qvB，則粒子受力平衡，將沿著圖中虛線通過，故A

錯(cuò)誤；電荷量為＋2q的粒子以速度v從S點(diǎn)進(jìn)入后，受到向下的電場(chǎng)力

為F1＝2qE，受到向上的洛倫茲力為F2＝2qvB，由于E＝vB，所以粒子

受力平衡，將沿著圖中虛線通過，故B錯(cuò)誤；電荷量為＋q的粒子以大于v的速度從S點(diǎn)進(jìn)入后，向下的電場(chǎng)力為F3

＝qE，向上的洛倫茲力為F4＞qvB，由于E＝vB，所以F4＞F3，即粒子

剛從S點(diǎn)進(jìn)入后所受合力豎直向上，粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡將向上彎曲，此

過程中電場(chǎng)力對(duì)粒子做負(fù)功，粒子的動(dòng)能將逐漸減小，故C正確；電

荷量為－q的粒子以大于v的速度從S點(diǎn)進(jìn)入后，向上的電場(chǎng)力為F5＝

qE，向下的洛倫茲力為F6＞qvB，由于E＝vB，所以F6＞F5，即粒子剛

從S點(diǎn)進(jìn)入后所受合力豎直向下，粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡將向下彎曲，此過

程中電場(chǎng)力對(duì)粒子做負(fù)功，粒子的動(dòng)能將逐漸減小，故D錯(cuò)誤。磁流體發(fā)電機(jī)【例4】（2024·江蘇蘇州模擬）目前，世界上正在研究一種新型發(fā)

電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)，立體圖如下圖甲所示，側(cè)視圖如下圖乙所示，其工作原理是燃燒室在高溫下將氣體全部電離為電子與正離子，即高溫等

離子體，高溫等離子體經(jīng)噴管提速后以速度v＝1000m/s進(jìn)入矩形發(fā)

電通道，發(fā)電通道有垂直于噴射方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)（圖乙中垂直紙面向

里），磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0＝5T，等離子體在發(fā)電通道內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這

時(shí)兩金屬薄板上就會(huì)聚集電荷，形成電勢(shì)差。已知發(fā)電通道從左向右看長(zhǎng)L＝50cm，寬h＝20cm，高d＝20cm，等離子體的電阻率ρ＝4Ω·m，電子的電荷量e＝1.6×10－19C。不計(jì)電子和離子的重力以及微粒間的相互作用，則以下判斷正確的是（

）A.發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為2500VB.若電流表示數(shù)為16A，則1s內(nèi)打在下極板的電子有1010個(gè)C.當(dāng)外接電阻為12Ω時(shí)，電流表的示數(shù)為5AD.當(dāng)外接電阻為8Ω時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出功率最大

電磁流量計(jì)

A.恒定常數(shù)B.管道的橫截面積C.液體的流速D.液體中單位時(shí)間內(nèi)流過某一橫截面的電荷量

霍爾元件【例6】

（2024·北京通州區(qū)模擬）磁敏元件在越來越多的電子產(chǎn)品

中被使用，市場(chǎng)上看到的帶皮套的智能手機(jī)就是使用磁性物質(zhì)和霍爾

元件等起到開關(guān)控制的，當(dāng)打開皮套，磁體遠(yuǎn)離霍爾元件，手機(jī)屏幕

亮；當(dāng)合上皮套，磁體靠近霍爾元件，屏幕熄滅，手機(jī)進(jìn)入省電模

式。如圖所示，一塊寬度為d、長(zhǎng)為l、厚度為h的矩形半導(dǎo)體霍爾元

件，元件內(nèi)的導(dǎo)電粒子是電荷量為e的自由電子，通入水平向右大小

為I的電流時(shí)，當(dāng)手機(jī)套合上時(shí)元件處于垂直于上表面、方向向上且

磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，于是元件的前、后表面產(chǎn)生穩(wěn)定

電勢(shì)差UH，以此來控制屏幕熄滅，則下列說法正確的是（

）A.前表面的電勢(shì)比后表面的電勢(shì)高C.用這種霍爾元件探測(cè)某空間的磁場(chǎng)時(shí)，霍爾元件的擺放方向?qū)H

無影響

03跟蹤訓(xùn)練·鞏固提升

A.下極板S2比上極板S1電勢(shì)高C.若只增大加速電場(chǎng)電壓，則該粒子最終打在D點(diǎn)右側(cè)D.若只增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B，則該粒子最終打在D點(diǎn)左側(cè)123456789

1234567892.某興趣小組設(shè)計(jì)的測(cè)量大電流的裝置如圖所示，通有電流I的螺繞

環(huán)在霍爾元件處產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝k1I，通有待測(cè)電流I'的直

導(dǎo)線ab垂直穿過螺繞環(huán)中心，在霍爾元件處產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

B'＝k2I'。調(diào)節(jié)電阻R，當(dāng)電流表示數(shù)為I0時(shí)，元件輸出霍爾電壓UH

為零，則待測(cè)電流I'的方向和大小分別為

（

）123456789

1234567893.質(zhì)譜儀是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具。如圖所示為質(zhì)譜儀的原理示意圖，現(xiàn)利用質(zhì)譜儀對(duì)氫元素進(jìn)行測(cè)量。讓氫的三種同位素的離子流從容器A下方的小孔S無初速度飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)，加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中、氫的三種同位素分別為氕（即為質(zhì)子）、氘（質(zhì)量約為質(zhì)子的2倍，電荷量與質(zhì)子相同）、氚（質(zhì)量約為質(zhì)子的3倍，電荷量與質(zhì)子相同），最后打在照相底片D上，形成a、b、c三條“質(zhì)譜線”。則下列判斷正確的是

（

）123456789A.進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)動(dòng)量從大到小排列的順序是氕、氘、氚B.進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)動(dòng)能從大到小排列的順序是氕、氘、氚C.在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間由大到小排列的順序是氕、氘、氚D.a、b、c三條“質(zhì)譜線”依次排列的順序是氚、氘、氕

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1234567894.（多選）（2024·湖南長(zhǎng)沙模擬）如圖所示為研究某種帶電粒子的裝置示意圖，粒子源射出的粒子束以一定的初速度沿直線射到熒光屏上的O點(diǎn)，出現(xiàn)一個(gè)光斑。在垂直紙面向里的方向上加一長(zhǎng)度為d、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，粒子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，做半徑為r的圓弧運(yùn)動(dòng)，最后打在距磁場(chǎng)右側(cè)距離為L(zhǎng)的熒光屏上的P點(diǎn)?，F(xiàn)在磁場(chǎng)區(qū)域再加一豎直方向、電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，光斑從P點(diǎn)又回到O點(diǎn)，不計(jì)粒子重力，則（

）123456789A.粒子帶正電123456789

1234567895.（2024·重慶萬州模擬）近年來利用重離子治療某些腫瘤獲得很好的效果，越來越多的醫(yī)療機(jī)構(gòu)配置相應(yīng)的設(shè)備。重離子治療腫瘤時(shí)通過回旋加速器將碳離子加速到光速的70％～80％后照射腫瘤位置殺死病變細(xì)胞。如圖所示為回旋加速器示意圖，D形盒的半徑為R，D形盒間的交變電壓大小為U，碳離子的電荷量為q，質(zhì)量為m，加速后的速度為0.8c（c為光速），不計(jì)相對(duì)論效應(yīng)，則下列說法正確的是（

）123456789D.同一個(gè)回旋加速器能加速任意比荷的正離子123456789

1234567896.（多選）速度選擇器可以使一定速度的粒子沿直線運(yùn)動(dòng)，如圖甲所

示?；魻栐墓ぷ髟砼c速度選擇器類似，某載流子為電子的霍

爾元件如圖乙所示。下列說法正確的是

（

）123456789C.圖乙中，僅增大電流I，其他條件不變，M、N之間的霍爾電壓將

增大D.圖乙中，穩(wěn)定時(shí)霍爾元件M側(cè)的電勢(shì)低于N側(cè)的電勢(shì)123456789

1234567897.（2024·重慶沙坪壩模擬）實(shí)驗(yàn)中，將離子束從回旋加速器中引出可以采用磁屏蔽通道法。使用磁屏蔽通道法引出離子的原理如圖所示。離子從P點(diǎn)以速度v進(jìn)入通道時(shí)，由于引出通道內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生改變，離子運(yùn)動(dòng)軌跡半徑增大，可使離子引出加速器。已知回旋加速器D型盒的半徑為R，圓心在O點(diǎn)，D型盒區(qū)域中磁場(chǎng)垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，引出通道外側(cè)末端Q點(diǎn)到O點(diǎn)距離為L(zhǎng)，OQ與OP的夾角為θ，離子帶電荷量為q，質(zhì)量為m，則（

）123456789A.離子經(jīng)過引出通道后的速度大于vB.引出通道內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大于BD.若引出通道中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2時(shí)，該離子能引出加速器，則

此時(shí)將一帶電荷量2q，質(zhì)量為2m的離子一定不能從加速器中引出123456789

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1234567898.（多選）2023年1月《力學(xué)學(xué)報(bào)》發(fā)表了標(biāo)題為《爆轟驅(qū)動(dòng)惰性氣

體磁流體發(fā)電試驗(yàn)研究》的文章，文中論述了基于爆轟驅(qū)動(dòng)激波管

技術(shù)的惰性氣體磁流體發(fā)電的可能性。發(fā)電原理示意圖如下圖所示，

平行金屬板A、B之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng)，將爆轟驅(qū)動(dòng)獲得的高速等

離子體沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁場(chǎng)，則金屬板A、B間便產(chǎn)生強(qiáng)電

壓。已知A、B板間距為d，板間磁場(chǎng)可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度

為B，以速率v進(jìn)入磁場(chǎng)的等離子流截面積為S，穩(wěn)定工作時(shí)，進(jìn)、

出極板的離子流單位體積內(nèi)正、負(fù)離子的個(gè)數(shù)均為n，正負(fù)離子電