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（基礎(chǔ)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 (2016全國卷)現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多的離子,其示意圖如圖所示,其中加速電壓恒定.質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場加速,經(jīng)勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場.若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速,為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場,需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來的12倍.此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為()A.11 B.12 C.121 D.144【答案】 D【解析】 離子在電場中加速時(shí),有qU=12mv2;離子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律有qvB=mv2R;聯(lián)立以上兩式得m=qB2R22U.由題意知

2、,正離子的電量與質(zhì)子的相等,加速電壓U相同,在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R相同,所以mB2,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來的12倍時(shí),離子的質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的144倍,故D正確.故選D。2 (2019吉林實(shí)驗(yàn)中學(xué)模擬)利用質(zhì)譜儀可以分析同位素,如圖所示,電荷量均為q的同位素碘131和碘127質(zhì)量分別為m1和m2,從容器A下方的小孔S1進(jìn)入電勢差為U的電場,初速度忽略不計(jì),經(jīng)電場加速后從S2射出,垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,最后打到照相底片D上.則照相底片上碘131和碘127與S2之間的距離之比為()A.m1m2 B.m2m1 C.m1m2 D.m2m1【答案】D【解析】粒子在電場中加速時(shí),有:qU=1

3、2mv2;設(shè)粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R,則有:Bqv=mv2R;聯(lián)立以上兩式解得:R=1B2mUq,所以它們的距離之比為m1m2,故C正確.故選D。3(2019遼寧葫蘆島調(diào)研)在高能物理研究中,回旋加速器起著重要作用,其工作原理如圖所示.D1和D2是兩個(gè)中空、半徑固定的半圓金屬盒,它們之間有一定的電勢差,兩個(gè)半圓盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場中;中央O處的粒子源產(chǎn)生的粒子,在兩盒之間被電場加速,粒子進(jìn)入磁場后做勻速圓周運(yùn)動(dòng).忽略粒子在電場中的加速時(shí)間,不考慮相對(duì)論效應(yīng),下列說法正確的是()A.粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的周期越來越大B.粒子運(yùn)動(dòng)半個(gè)圓周之后,電場的方向不必改變C.磁感應(yīng)強(qiáng)度越大

4、,粒子離開加速器時(shí)的動(dòng)能就越大D.兩盒間電勢差越大,粒子離開加速器時(shí)的動(dòng)能就越大【答案】C【解析】粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的周期T=2mqB,與速度的大小無關(guān),所以粒子運(yùn)動(dòng)的周期不變,故A錯(cuò)誤;粒子運(yùn)動(dòng)半個(gè)圓周之后,原電場的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反,為了加速粒子,電場的方向必須改變,故B錯(cuò)誤;由qvB=mv2R得:v=qBRm,粒子的最大動(dòng)能為:E km=12mv2=q2B2R22m,故磁場越強(qiáng),粒子離開加速器時(shí)的動(dòng)能就越大,與加速電壓的大小無關(guān),故C正確,D錯(cuò)誤.故選C。4(2019湖北武漢聯(lián)考)如圖所示為一種改進(jìn)后的回旋加速器示意圖,其中盒縫間的加速電場場強(qiáng)大小恒定,且被限制在AC板間,虛線中間不需加電

5、場,帶電粒子從P0處以速度v0沿電場線方向射入加速電場,經(jīng)加速后再進(jìn)入D形盒中的勻強(qiáng)磁場做勻速圓周運(yùn)動(dòng),對(duì)這種改進(jìn)后的回旋加速器,下列說法正確的是()A.帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速兩次B.圖中P1、P2、P3、P4間距滿足關(guān)系P1P2=P3P4C.加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關(guān)D.加速電場方向需要做周期性的變化【答案】C【解析】帶電粒子只有經(jīng)過AC板間時(shí)才被加速,即帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速一次,且電場的方向沒有必要改變,故選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤;根據(jù)軌道半徑公式r=mvqB得P1P2=2(r2-r1)=2mvqB,因?yàn)槊哭D(zhuǎn)一圈被加速一次,根據(jù)v22-v12=2ad知,每轉(zhuǎn)一圈,速度的變化量不等,且

6、v3-v2P3P4,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;當(dāng)粒子從D形盒中出來時(shí),速度最大,根據(jù)r=mvqB知,加速粒子的最大速度與D形盒的半徑有關(guān),故選項(xiàng)C正確.故選C。二、多選題5(2019陜西寶雞二模)(多選)如圖所示是醫(yī)用回旋加速器示意圖,其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒,兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場中,并分別與高頻電源相連.現(xiàn)分別加速氘核(12H)和氦核(24He).下列說法中正確的是()A.它們的最大速度相同B.它們的最大動(dòng)能相同C.兩次所接高頻電源的頻率相同D.增大高頻電源的電壓可增大粒子的最大射出動(dòng)能【答案】BC【解析】A圖，由左手定則可知，導(dǎo)體棒受到豎直向下的安培力作用，導(dǎo)體棒所受合力不可能為0，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B圖中的導(dǎo)體棒受到的安培力水平向右，導(dǎo)體棒所受合力可能為0，選項(xiàng)B正確；C圖中的導(dǎo)體棒受到的安培力方向沿斜面向上，導(dǎo)體棒所受合力可能為0，選項(xiàng)C正確；D圖中的導(dǎo)體棒受到的安培力方向沿斜面向下，導(dǎo)體棒受到的合力不可能為0，選項(xiàng)D錯(cuò)誤故選BC。6(多選)如圖是磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖,在間距為d的平行金屬板A、C間,存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,兩金屬板通過導(dǎo)線與變阻器R相連,等離子體以速度v平行于兩金屬板垂直射入磁場.若要增大該發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢,可采取的方法是()A