《【 知识题型大通关】2023届新高考物理（人教版2019）一轮总复习》第十一章 磁场-5电磁学仪器（解析版）

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电磁学仪器
目录
「回旋加速器」........................................................................................1
「速度选择器和质谱仪」..............................................................................5
「磁流体发电机」......................................................................................8
「电磁流量计」....................................................................................... 10
「霍尔元件」......................................................................................... 13
「回旋加速器」
1.(多选)(2022·福建龙质量检查)回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图所示.其核心部件
是分别与高频交流电源两极相连接的两个 D形金属盒(D1、D2)，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，D形盒的半径为 R.质量为 m、电荷量为 q的质子从 D1半盒的质子源(A点)由静止
释放，加速到最大动能 Ekm 后经粒子出口处射出.若忽略质子在电场中的加速时间，且不考
虑相对论效应，则下列说法正确的是（    ）
A．质子加速后的最大动能 Ekm 与交变电压 U大小无关
B．质子在加速器中的运行时间与交变电压 U大小无关
C．回旋加速器所加交变电压的周期为 πR
D．D2盒内质子的轨道半径由小到大之比为 1∶∶∶…
【答案】ACD
【解析】
质子在回旋加速器中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有 qvB＝m，则 v＝，当 r＝R时，
质子有最大动能：Ekm＝mv m2＝，知质子加速后的最大动能 Ekm 与交变电压 U大小无关，故
A正确；质子离开回旋加速器时的动能是一定的，与加速电压无关，由 T＝可知相邻两次
经过电场加速的时间间隔不变，获得的动能为 qU，故电压越大，加速的次数 n越少，在加
速器中的运行时间越短，故 B错误；回旋加速器所加交变电压的周期与质子在 D形盒中运
动的周期相同，由 T＝，R＝，Ekm＝mv m2知，T＝πR，故 C正确；质子每经过 1次加速电场
动能增大 qU，知 D2盒内质子的动能由小到大依次为 qU、3qU、5qU…，又 r＝＝，则半径
由小到大之比为 1∶∶∶…，故 D正确.
2.(多选)(2022·江西质检)如图所示是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个 D形金属盒，
两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源两端相连.现分别加速质子(H)和氘核(H).下列
说法中正确的是（    ）
A．它们的最大速度相同
B．质子的最大动能大于氘核的最大动能
C．加速质子和氘核所用高频电源的频率相同
D．仅增大高频电源的电压不可能增大粒子的最大动能
【答案】BD
【解析】
设质子质量为 m，电荷量为 q，则氘核质量为 2m，电荷量为 q，它们的最大速度分别为 v1
＝和 v2＝，选项 A错误；质子的最大动能 Ek1＝，氘核的最大动能 Ek2＝，选项 B正确；高
频电源的频率与粒子在磁场中的回旋频率相同，即 f1＝，f2＝，所以加速质子和氘核所用高
频电源的频率不相同，选项 C错误；被加速的粒子的最大动能与高频电源的电压无关，所
以仅增大高频电源的电压不可能增大粒子的最大动能，选项 D正确.
3.(多选)(2022·安徽质检)回旋加速器是高能物理中的重要仪器，其原理是利用磁场和电场使
带电粒子回旋加速运动，在运动中经高频电场反复加速从而使粒子获得很高的能量。如图
甲所示，两个 D形金属盒置于恒定的匀强磁场中，并分别与高频电源相连(电压随时间变化
如图乙所示)，D形盒半径为 R，匀强磁场的磁感应强度为 B，两 D形盒间距离为 d(d≪R)。
若用回旋加速器加速氘核 H(设氘核质量 m、电荷量 q)，则下列判断正确的是（    ）
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