高中人教物理選擇性必修二課時(shí)04 質(zhì)譜儀與回旋加速器（重點(diǎn)練）同步專練（解析版）

1、第4課時(shí) 質(zhì)譜儀與回旋加速器第一章 安培力與洛倫茲力一、單選題1 如圖所示,在平行線MN、PQ之間存在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面的磁場(chǎng)(未畫(huà)出),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度從左到右逐漸增大.一帶電微粒進(jìn)入該區(qū)域時(shí),由于受到空氣阻力作用,恰好能沿水平直線OO通過(guò)該區(qū)域.帶電微粒所受的重力忽略不計(jì),運(yùn)動(dòng)過(guò)程帶電荷量不變.下列判斷正確的是()A.微粒從左向右運(yùn)動(dòng),磁場(chǎng)方向向里B.微粒從左向右運(yùn)動(dòng),磁場(chǎng)方向向外C.微粒從右向左運(yùn)動(dòng),磁場(chǎng)方向向里D.微粒從右向左運(yùn)動(dòng),磁場(chǎng)方向向外【答案】B【解析】微粒恰好能沿水平直線OO通過(guò)該區(qū)域,說(shuō)明洛倫茲力qvB與電場(chǎng)力qE平衡,微粒受到空氣阻力作用,速度逐漸減小,沿運(yùn)動(dòng)方

2、向磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度必須逐漸增大,因此微粒從左向右運(yùn)動(dòng),磁場(chǎng)方向向外,選項(xiàng)B正確.故選B。2速度相同的一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后分成甲、乙兩束,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,其中S0A=23S0C,則下列說(shuō)法中正確的是()A.甲束粒子帶正電,乙束粒子帶負(fù)電B.甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷C.能通過(guò)狹縫S0的帶電粒子的速率等于EB2D.若兩束粒子的電荷量相等,則甲、乙兩束粒子的質(zhì)量比為32【答案】B【解析】由左手定則可判定甲束粒子帶負(fù)電、乙束粒子帶正電,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)滿足B2qv=mv2r,即qm=vB2r,由題意知r甲r乙,所以甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷,選項(xiàng)B正確;由qE

3、=B1qv知,能通過(guò)狹縫S0的帶電粒子的速率v=EB1,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由qm=vB2r知,m甲m乙=r甲r乙=23,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.故選B。3如圖所示,Q為粒子放射源,放射源釋放出的粒子初速度近似為零,經(jīng)電壓為U的加速電場(chǎng)加速后垂直磁場(chǎng)邊界MN進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后粒子從P點(diǎn)射出磁場(chǎng),設(shè)OP=x,下列能正確反映x與U之間函數(shù)關(guān)系的x-U圖象是() 【答案】B【解析】設(shè)粒子經(jīng)電場(chǎng)加速后的速度為v,根據(jù)動(dòng)能定理得qU=12mv2,在磁場(chǎng)中由牛頓第二定律得qvB=mv2x2,解得x=2B2mUq,選項(xiàng)B正確.故選B。4.(2019江蘇南京三模)如圖甲是回旋加速器的示意圖,其核心部分是

4、兩個(gè)D形金屬盒,D形盒與高頻電源相連,且置于垂直于盒面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,帶電粒子在電場(chǎng)中的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示,若忽略帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間,則下列判斷正確的是()A.在Ek-t圖中有t4-t3t3-t2t2-t1B.在Ek-t圖中有Ek4-Ek3=Ek3-Ek2=Ek2-Ek1C.若粒子加速次數(shù)越多,則射出加速器的粒子動(dòng)能就越大D.若加速電壓越大,則射出加速器的粒子動(dòng)能就越大【答案】B【解析】根據(jù)周期公式T=2mqB知,粒子的回旋周期不變,與粒子的速度無(wú)關(guān),所以t4-t3=t3-t2=t2-t1,故A錯(cuò)誤;粒子每次加速獲得的能量相同,在Ek-t圖中有Ek4-Ek3=Ek3-E

5、k2=Ek2-Ek1,故B正確;由牛頓第二定律qvB=mv2r得:r=mvqB,設(shè)D形盒的半徑為R,則當(dāng)r=R時(shí),粒子獲得的速度最大,即帶電粒子的最終速度由D形盒的半徑R決定,與加速電壓和加速次數(shù)無(wú)關(guān),故C、D錯(cuò)誤.故選B。二、多選題5 (多選)如圖所示,a、b是一對(duì)平行金屬板,分別接到直流電源的兩極上,使a、b兩板間產(chǎn)生勻強(qiáng)電場(chǎng)E,右邊有一塊擋板,正中間開(kāi)有一小孔d,在較大空間范圍內(nèi)存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向里.從兩板左側(cè)中點(diǎn)c處射入一束正離子(不計(jì)重力),這些正離子都沿直線運(yùn)動(dòng)到右側(cè),從d孔射出后分成三束,則下列判斷正確的是()A.這三束正離子在分開(kāi)前的速度一定不相

6、同B.這三束正離子的比荷一定不相同C.a、b兩板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)方向一定由a指向bD.若射入的離子束帶負(fù)電而其他條件不變,則不能從d孔射出【答案】BC【解析】三束正離子在兩極板間都沿直線運(yùn)動(dòng)到右側(cè),則電場(chǎng)力與洛倫茲力一定等大、反向,即qvB=qE,解得v=EB,所以這三束正離子分開(kāi)前的速度v一定相同,由左手定則可以判斷,離子所受洛倫茲力由b指向a,所以電場(chǎng)方向一定由a指向b,A錯(cuò)誤,C正確;在右側(cè)磁場(chǎng)中,三束正離子運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑不同,由r=mvqB可知,它們的比荷一定不相同,B正確;若射入的離子束帶負(fù)電而其他條件不變,則離子所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力仍等大、反向,所以離子在兩板間仍做勻速直線運(yùn)動(dòng),仍能

7、從d孔射出,D錯(cuò)誤.故選BC。6(2019福建龍巖模擬)(多選)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置,如圖所示.其核心部分是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個(gè)D形金屬盒(D1、D2),兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場(chǎng),使粒子在通過(guò)狹縫時(shí)都能得到加速,兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,D形盒的半徑為R.質(zhì)量為m、電荷量為q的質(zhì)子從D1半盒的質(zhì)子源(A點(diǎn))由靜止釋放,加速到最大動(dòng)能Ek后經(jīng)粒子出口處射出.若忽略質(zhì)子在電場(chǎng)中加速的時(shí)間,且不考慮相對(duì)論效應(yīng),則下列說(shuō)法正確的是()A.質(zhì)子加速后的最大動(dòng)能Ek與交變電壓U大小無(wú)關(guān)B.質(zhì)子在加速器中運(yùn)行時(shí)間與交變電壓U大小無(wú)關(guān)C.回旋加速器所加交變電壓的周期為R 2mEkD.D2盒內(nèi)質(zhì)子的軌道半徑由小到大之比依次為135【答案】ACD【解析】質(zhì)子射出回旋加速器時(shí)的速度最大,此時(shí)的軌道半徑為R,由qvB=mv2R知,最大速度為:v=qBRm,最大動(dòng)能為:Ek=12mv2=q2B2R22m,質(zhì)子加速后的最大動(dòng)能Ek與交變電壓U大小無(wú)關(guān),故A正確;質(zhì)子離開(kāi)回旋加速器的動(dòng)能是一定的,與加速電壓無(wú)關(guān),而每次經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速獲得的動(dòng)能為qU,故電壓越大,加速的次數(shù)n越少,又周期T=2mqB,質(zhì)子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t=nT,由于T不變,n變小,所以t變小,故B錯(cuò)誤;回旋加速器所加交變電壓的周期等于質(zhì)子在磁場(chǎng)