电磁场的应用知识点题库

使用回旋加速器的实验需要把离子束从加速器中引出，离子束引出的方法有磁屏蔽通道法和静电偏转法等。质量为m，速度为v的离子在回旋加速器内旋转，旋转轨道时半径为r的圆，圆心在O点，轨道在垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度为B。为引出离子束，使用磁屏蔽通道法设计引出器。引出器原理如图所示，一堆圆弧形金属板组成弧形引出通道，通道的圆心位于O'点（O' 点图中未画出）。引出离子时，令引出通道内磁场的磁感应强度降低，从而使离子从P点进入通道，沿通道中心线从Q点射出。已知OQ长度为L。OQ与OP的夹角为θ，

（1）求离子的电荷量q并判断其正负；
（2）离子从P点进入，Q点射出，通道内匀强磁场的磁感应强度应降为B'，求B'；
（3）换用静电偏转法引出离子束，维持通道内的原有磁感应强度B不变，在内外金属板间加直流电压，两板间产生径向电场，忽略边缘效应。为使离子仍从P点进入，Q点射出，求通道内引出轨迹处电场强度E 的方向和大小。

目前世界上正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，如图所示表示它的发电原理：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体上来说呈电中性）喷入磁场，由于等离子体在磁场力的作用下运动方向发生偏转，磁场中的两块金属板A和B上就会聚集电荷，从而在两板间产生电压．在图示磁极配置的情况下，下列表述正确的是（）

A . 金属板A的电势较高 B . 通过电阻R的电流方向是b→R→a C . 等离子体在A，B间运动时，磁场力对等离子体做功 D . 等离子体在A，B间运动时，磁场力对等离子体不做功

如图甲所示，在坐标系xOy平面内，y轴的左侧，有一个速度选择器，其中的电场强度为E，磁感应强度为B₀ ，粒子源不断地释放出沿x轴正方向运动，质量均为m、电量均为+q、速度大小不同的粒子，在y轴的右侧有一匀强磁场、磁感应强度大小恒为B，方向垂直于xOy平面，且随时间做周期性变化（不计其产生的电场对粒子的影响），规定垂直xOy平面向里的磁场方向为正，如图乙所示，在离y轴足够远的地方有一个与y轴平行的荧光屏，假设带电粒子在y轴右侧运动的时间达到磁场的一个变化周期之后，失去电量变成中性粒子（粒子的重力可以忽略不计）．

（1）从O点射入周期性变化磁场的粒子速度多大；
（2）如果磁场的变化周期恒定为T= $\text{[math]}$ ，要使不同时刻从原点O进入变化磁场的粒子运动时间等于磁场的一个变化周期，则荧光屏离开y轴的距离至少多大；
（3）如果磁场的变化周期T可以改变，试求从t=0时刻经过原点O的粒子打在荧光屏上的位置离x轴的距离与磁场变化周期T的关系．

如图所示，一带电粒子沿x轴正方向进入一个垂直纸面向里的匀强磁场中，若要使该粒子所受合外力为零（重力不计），应该加的匀强电场的方向是（）

A . +y方向 B . ﹣y方向 C . ﹣x方向 D . 因不知q的正负，无法确定

回旋加速器（）

A . 电场和磁场同时用来加速带电粒子 B . 只有电场用来加速带电粒子 C . 回旋加速器的半径越大，同一带电粒子获得的动能也越大 D . 一带电粒子不断被加速的过程中，交变电源的频率也要不断增加

一个用于加速质子的回旋加速器，其核心部分如图所示，D形盒半径为R，垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B，两D形盒分别与电源相连．下列说法正确的是（）

A . 要使加速器能对质子加速，两盒应该与交变电源相连 B . 质子在电场中被加速，加速电压越高，射出的速率v越大 C . D型盒的直径越大，射出的率度v越大 D . 质子在磁场中运动的周期随质子速度增大而增大

磁流体发电机可以把气体的内能直接转化为电能，是一种低碳环保发电机，有着广泛的发展前景．其发电原理示意图如图所示，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，整体上呈电中性）喷射入磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场区域有两块面积为S，相距为d的平行金属板与外电阻R相连构成一电路，设气流的速度为v，气体的电导率（电阻率的倒数）为g．则（　　）

A . 上板是电源的正极，下板是电源的负极 B . 两板间电势差为U=Bdv C . 流经R的电流强度为I= $\text{[math]}$ D . 流经R的电流强度为 I= $\text{[math]}$

如图所示，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性)喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压。下列说法正确的是( )

A . 金属板A上聚集正电荷，金属板B上聚集负电荷 B . 金属板A上聚集负电荷，金属板B上聚集正电荷 C . 金属板A的电势U_A低于金属板B的电势U_B D . 通过电阻R的电流方向是由a→b

速度相同的一束带电粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是（）

A . 该束带电粒子带正电 B . 速度选择器的P₁极板带负电 C . 能通过狭缝S₀的带电粒子的速率等于EB₁ D . 粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S₀ ，粒子的比荷越大

目前世界上整研究一种新型发电机叫磁流体发电机，如图所示表示它的发电原理，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的粒子，而从整体来说呈中性）沿图中所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就聚集了电荷，在磁极配置如图中所示的情况下，下述说法正确的是（）

A . B板电势高，A板电势低 B . 有电流从a经用电器流向b C . 仅减小负载的电阻，发电机的输出功率增大 D . 仅增大磁流体的喷射速度，发电机的总功率将增大

如图所示，场强E的方向竖直向下，磁感应强度 $\text{[math]}$ 的方向垂直于纸面向里，磁感应强度 $\text{[math]}$ 的方向垂直纸面向外，在S处有四个二价正离子，甲、乙、丙、丁垂直于场强E和磁感应强度 $\text{[math]}$ 的方向射入，若四个离子质量 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，则运动到 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 四个位置的正离子分别为（）

A . 甲、乙、丙、丁 B . 甲、丁、乙、丙 C . 丙、乙、丁、甲 D . 甲、乙、丁、丙

如图所示的平行板器件中，存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度B₁=0.20T，方向垂直纸面向里，电场强度E₁=1.0×10⁵V/m，PQ为板间中线。紧靠平行板右侧边缘xOy坐标系的第一象限内，有一边界AO、与y轴的夹角∠AOy=45⁰ ，边界线的上方有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B₂=0.25T，边界线的下方有竖直向上的匀强电场，电场强度E₂=5.0×10⁵V/m。一束带电荷量q=8.0×10^-19C、质量m=8.0×10^-26Kg的正离子从P点射入平行板间，沿中线PQ做直线运动，穿出平行板后从y轴上坐标为（0，0.4 m）的Q点垂直y轴射入磁场区，多次穿越边界线OA。求：

（1）离子运动的速度；
（2）离子从进入磁场到第二次穿越边界线OA所需的时间；
（3）离子第四次穿越边界线的位置坐标。

回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R。两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过狭缝的时间忽略不计，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生质量为m、电荷量为+q的粒子，在加速器中被加速，加速电压为U。下列说法正确的是（）

A . 交变电场的周期为 $\text{[math]}$ B . 粒子射出加速器的速度大小与电压U成正比 C . 粒子在磁场中运动的时间为 $\text{[math]}$ D . 粒子第1次经过狭缝后进入磁场的半径为 $\text{[math]}$

为了描绘小灯泡的伏安特性曲线，某同学设计了如图所示的实验电路，已知小灯泡的规格为“12V，5W”。

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（1）闭合开关前，应将电路图中的滑动变阻器的滑片移到(填“a”或“b”)端．根据连接好的实物图，调节滑动变阻器，记录多组电压表和电流表的读数，作出的I－U图线如图甲中实线所示，由图线分析可知，小灯泡的电阻随温度的升高而(填“增大”或“减小”)；
（2）若I－U图象中的虚线Ⅰ或Ⅱ表示小灯泡真实的伏安特性曲线，与实验中得到的实线相比，虚线(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)才是其真实的伏安特性曲线。

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的周期性变化的电场，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，则下列说法中正确的是（）

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A . 只减小磁场的磁感应强度可增大粒子离开时的最大动能 B . 只增大匀强电场间的加速电压可减少粒子在缝隙中被加速的次数 C . 只增大D形金属盒的半径可增大粒子离开时的最大动能 D . 只减小狭缝间的距离不会改变粒子离开时的最大动能

1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D₁、D₂构成，其间留有空隙，下列说法不正确的是 ( )

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A . 带电粒子由加速器的中心附近进入加速器 B . 带电粒子由加速器的边缘进入加速器 C . 电场使带电粒子加速，磁场使带电粒子旋转 D . 离子从D形盒射出时的动能与加速电场的电压无关

1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是（）

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A . 该束带电粒子带正电 B . 速度选择器的P₁极板带负电 C . 在B₂磁场中运动半径越大的粒子，比荷 $\text{[math]}$ 越小 D . 在B₂磁场中运动半径越大的粒子，质量越大

2020年爆发了新冠肺炎，该病毒传播能力非常强，因此研究新冠肺炎病毒株的实验室必须是全程都在高度无接触物理防护性条件下操作。武汉病毒研究所是我国防护等级最高的P4实验室，在该实验室中有一种污水流量计，其原理可以简化为如下图所示模型；废液内含有大量正、负离子，从直径为 $\text{[math]}$ 的圆柱形容器左侧流入，右侧流出。流量值 $\text{[math]}$ 等于单位时间通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里的磁感应强度为 $\text{[math]}$ 的匀强磁场，下列说法正确的是（）

A . 正离子所受洛伦兹力方向由 $\text{[math]}$ 指向 $\text{[math]}$ B . $\text{[math]}$ 点的电势高于 $\text{[math]}$ 点的电势 C . 污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速 D . 只需要再测量出 $\text{[math]}$ 两点电压就能够推算废液的流量

图示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场，一束等离子体（含有大量正、负带电粒子）沿垂直于磁场的方向喷入磁场，金属板P、Q通过导线与电阻R相连接，不计粒子重力，则电路稳定后（　　）

A . R中有由a→b方向的电流 B . 若只增大粒子入射速度，则P、Q两板间的电压减小 C . 若只减小两金属板的间距则通过R的电流增大 D . 若只改变磁场的磁感应强度大小，则通过R的电流保持不变

如图所示，三个粒子a、b、c分别以 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 的速率进入速度选择器，a粒子打在速度选择器的上极板，b和c粒子沿直线运动后进入偏转磁场，b粒子打在 $\text{[math]}$ 点，c粒子打在 $\text{[math]}$ 点，不计粒子重力，下列说法正确的是（）

A . 上极板比下极板的电势低 B . 一定有 $\text{[math]}$ C . a、b粒子一定都带负电 D . b粒子的比荷一定大于c粒子的比荷

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