2022年高二物理人教版選擇性必修隨堂檢測(cè)質(zhì)譜儀與回旋加速器

2020-2021學(xué)年高二物理人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)隨堂檢測(cè)（4）質(zhì)譜儀與回旋加速器1.質(zhì)譜儀又稱質(zhì)譜計(jì)，是分離和檢測(cè)不同同位素的儀器。某質(zhì)譜儀的原理圖如圖所示，速度選擇器中勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(勻強(qiáng)磁場(chǎng))的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為。電荷量為的粒子在加速電場(chǎng)中由靜止加速后進(jìn)入速度選擇器恰好能從速度選擇器進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)做半徑為的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。粒子重力不計(jì)，空氣阻力不計(jì)。該粒子的質(zhì)量為()A. B. C. D.2.磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，如圖是磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖.平行金屬板間距為d、面積為S，兩金屬板和電阻R連接.一束等離子體以恒定速度垂直于磁場(chǎng)方向噴入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電路穩(wěn)定時(shí)電阻R兩端會(huì)產(chǎn)生恒定電勢(shì)差U.假定等離子體在兩板間均勻分布，忽略邊緣效應(yīng)，則等離子體的電導(dǎo)率δ（電阻率的倒數(shù)）的計(jì)算式是()A. B. C. D.3.醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí)，利用電磁血流計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)通過(guò)動(dòng)脈的血流速度.電磁血流計(jì)由一對(duì)電極a和b及一對(duì)磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場(chǎng)是均勻的.使用時(shí)，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點(diǎn)的連線、磁場(chǎng)方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖所示.由于血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，電極a、b之間會(huì)有微小電勢(shì)差.在達(dá)到平衡時(shí)，血管內(nèi)部的電場(chǎng)可看成勻強(qiáng)電場(chǎng)，血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零.在某次監(jiān)測(cè)中，兩觸點(diǎn)的距離為3.0mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為160μV，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為T(mén).則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為()A.1.3m/s，a正、b負(fù) B.2.7m/sC.1.3m/s，a負(fù)、b正 D.2.7m/s，a負(fù)、b正4.筆記本電腦機(jī)身和顯示屏對(duì)應(yīng)部位分別有磁體和霍爾元件.當(dāng)顯示屏開(kāi)啟時(shí)磁體遠(yuǎn)離霍爾元件，電腦正常工作；當(dāng)顯示屏閉合時(shí)磁體靠近霍爾元件，屏幕熄滅，電腦進(jìn)入休眠狀態(tài).如圖所示，一塊寬為a、長(zhǎng)為c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，通入方向向右的電流時(shí)，電子的定向移動(dòng)速度為v.當(dāng)顯示屏閉合時(shí)元件處于垂直于上表面、方向向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，于是元件的前、后表面間出現(xiàn)電壓U，以此控制屏幕的熄滅.則元件的()A.前表面的電勢(shì)比后表面的低 B.前、后表面間的電壓U與v無(wú)關(guān)C.前、后表面間的電壓U與c成正比 D.自由電子受到的洛倫茲力大小為5.關(guān)于下列四幅圖的說(shuō)法正確的是（）A.圖甲是用來(lái)加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增加電壓B.圖乙是磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，可以判斷出B極板是發(fā)電機(jī)的正極，A極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極C.圖丙是速度選擇器的示意圖，帶電粒子（不計(jì)重力）能夠沿直線勻速通過(guò)速度選擇器的條件是，即D.圖丁是質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖，粒子打在底片上的位置越靠近狹縫說(shuō)明粒子的比荷越小年勞倫斯制成世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖所示.這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒構(gòu)成，其間留有空隙，下列說(shuō)法正確的是()A.粒子從電場(chǎng)中獲得能量B.粒子獲得的最大速度與回旋加速器半徑有關(guān)C.粒子獲得最大速度與回旋加速器內(nèi)的電場(chǎng)有關(guān)D.回旋加速器中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替對(duì)帶電粒子做功7.如圖所示為一種質(zhì)譜儀的原理示意圖，質(zhì)譜儀主要由加速電場(chǎng)、靜電分析器和磁分析器組成.若靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場(chǎng)，在中心線處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向外.一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿中心線通過(guò)靜電分析器，由P點(diǎn)垂直邊界進(jìn)入磁分析器，最終打到膠片上的Q點(diǎn).不計(jì)粒子重力.下列說(shuō)法正確的是()A.極板M的電勢(shì)比極板N的電勢(shì)高B.加速電場(chǎng)的電壓C.直徑D.若一群粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)過(guò)題述過(guò)程都落在膠片上的同一點(diǎn)，則該群粒子具有相同的比荷8.如圖所示是某化工廠測(cè)量污水排放量的設(shè)計(jì)圖，在排污管末端安裝流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為，左、右兩端開(kāi)口，在垂直于前、后面的方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在上、下兩個(gè)面的內(nèi)側(cè)固定有金屬板作為電極，污水充滿管道從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U，若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)流出的污水體積)，下列說(shuō)法中正確的是()板的電勢(shì)一定低于N板的電勢(shì) B.污水流動(dòng)的速度越大，電壓表的示數(shù)越大C.污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)越大 D.電壓表的示數(shù)U與污水流量Q成正比

答案以及解析1.答案：A解析：A.在速度選擇器中做勻速直線運(yùn)動(dòng)的粒子能進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由平衡條件得：，粒子速度：，粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律得：，解得：；故A正確，BCD錯(cuò)誤；故選：A。2.答案：A解析：由左手定則知，正離子向P板運(yùn)動(dòng)，即P板帶正電.電路穩(wěn)定時(shí)，等離子體所受電場(chǎng)力等于洛倫茲力，設(shè)兩板間電動(dòng)勢(shì)為E，則有，解得，根據(jù)歐姆定律可知為板間等離子體的電阻，且，聯(lián)立可得等離子體的電導(dǎo)率δ的表達(dá)式為，故A正確.3.答案：A解析：血液中正負(fù)離子流動(dòng)時(shí)，根據(jù)左手定則，正離子受到向上的洛倫茲力，負(fù)離子受到向下的洛倫茲力，所以正離子向上偏，負(fù)離子向下偏，則電極a為正，電極b為負(fù)，故C、D錯(cuò)誤；最終血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零，有，所以血流速度，故A正確，B錯(cuò)誤.4.答案：D解析：由題可知，在霍爾元件中，通過(guò)的粒子是電子，由左手定則知，自由電子所受洛倫茲力方向指向霍爾元件的后表面，可知后表面帶負(fù)電，則前表面的電勢(shì)比后表面的高，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電子在霍爾元件中定向移動(dòng)，由平衡條件得，解得前、后表面間的電壓，故U與c無(wú)關(guān)，與v有關(guān)，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；自由電子所受的洛倫茲力大小為，選項(xiàng)D正確.5.答案：B解析：A.甲圖中，根據(jù)可知粒子獲得的最大動(dòng)能為所以要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增加形盒的半徑和增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，增加電壓不能增大最大初動(dòng)能，故A錯(cuò)誤；B.乙圖中根據(jù)左手定則，正電荷向下偏轉(zhuǎn)，所以B極板帶正電，為發(fā)電機(jī)的正極，A極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極，故B正確；C.丙圖中，電子從右向左運(yùn)動(dòng)通過(guò)復(fù)合場(chǎng)時(shí)，電場(chǎng)力豎直向上，根據(jù)左手定則，洛倫茲力方向也向上，所以不是速度選擇器，故C錯(cuò)誤；D.由可得知越小，說(shuō)明比荷越大，故D錯(cuò)誤。故選B。6.答案：AB解析：回旋加速器中的電場(chǎng)對(duì)帶電粒子做功，粒子在電場(chǎng)中加速，在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，可知粒子從電場(chǎng)中獲得能量，故A正確，D錯(cuò)誤.根據(jù)，得，可知粒子獲得的最大速度與回旋加速器半徑有關(guān)，與回旋加速器內(nèi)的電場(chǎng)無(wú)關(guān)，故B正確，C錯(cuò)誤.7.答案：AD解析：粒子最終要打到膠片上的Q點(diǎn)，根據(jù)磁場(chǎng)方向和左手定則可知，粒子帶正電，在加速電場(chǎng)能夠加速，則極板M的電勢(shì)比極板N的電勢(shì)高，A正確；在靜電分析器中帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力提供向心力，即，又，可得，B錯(cuò)誤；根據(jù)，可得，則，C錯(cuò)誤；若一群粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)過(guò)題述過(guò)程都落在膠片上的同一點(diǎn)，即r相同，則可知該群粒子具有相同的比荷，D正確.8.答案：BD解析：根據(jù)左手定則知