高考物理總復(fù)習(xí) 第十章 第二單元 第5課 復(fù)合場(chǎng)中的STS題型探究

一、單項(xiàng)選擇題1.如圖所示為速度選擇器示意圖，下列判斷中正確的是()A．所選帶電粒子的速度與粒子的電性有關(guān)B．所選帶電粒子的速度與粒子的比荷有關(guān)C．所選帶電粒子的速度與電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)D．所選帶電粒子的速度與從哪一端射入無關(guān)2.如圖所示，一束質(zhì)量、速度和電荷量不全相等的離子，經(jīng)過由正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)組成的速度選擇器后，進(jìn)入另一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中并分裂為A、B束，下列說法中正確的是()A．組成A、B束的離子都帶負(fù)電B．組成A、B束的離子質(zhì)量一定不同C．速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外D．A束離子的比荷eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(q,m)))大于B束離子的比荷3.如圖所示，回旋加速器是用來加速帶電粒子使它獲得很大動(dòng)能的裝置．其核心部分是兩個(gè)D型金屬盒，置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩盒分別與高頻電源相連．要求高頻電源的周期與粒子在D型盒中運(yùn)動(dòng)周期相同．下列說法中正確的()A．粒子加速獲得的動(dòng)能來源于磁場(chǎng)B．粒子加速獲得的動(dòng)能來源于電場(chǎng)C．粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期與磁場(chǎng)無關(guān)D．粒子獲得的最大動(dòng)能與磁場(chǎng)無關(guān)4.磁流體發(fā)電機(jī)可以把氣體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，是一種低碳環(huán)保發(fā)電機(jī)，有著廣泛的發(fā)展前景．其發(fā)電原理示意圖如圖所示，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負(fù)電的微粒，整體上呈電中性)噴射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)區(qū)域有兩塊面積為S，相距為d的平行金屬板與外電阻R相連構(gòu)成一電路，設(shè)氣流的速度為v，氣體的電導(dǎo)率(電阻率的倒數(shù))為g.則()A．兩板間電勢(shì)差為U＝BdvB．上板是電源的正極，下板是電源的負(fù)極C．流經(jīng)R的電流為I＝eq\f(Bdv,R)D．流經(jīng)R的電流為I＝eq\f(BdvS,gSR＋d)二、雙項(xiàng)選擇題5.如圖所示是粒子速度選擇器的原理圖，如果粒子所具有的速率v＝eq\f(E,B)，那么()A．帶正電粒子必須沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，才能沿直線通過B．帶負(fù)電粒子必須沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，才能沿直線通過C．不論粒子電性如何，沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，都能沿直線通過D．不論粒子電性如何，沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，都能沿直線通過6.如圖所示為一電磁流量計(jì)，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體向左流動(dòng)．導(dǎo)電液體中的自由電荷(負(fù)離子)在洛倫茲力作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢(shì)差．當(dāng)自由電荷所受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí)，a、b間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定，則()A．電勢(shì)a高b低 B．電勢(shì)b高a低C．流量Q＝eq\f(πdU,4B) D．流量Q＝eq\f(4B,πdU)7.回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電極相連接的兩個(gè)D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場(chǎng)，使粒子在通過狹縫時(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，如圖所示，要增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能，則下列說法中正確的是()A．增大勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓B．增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度C．增加周期性變化的電場(chǎng)的頻率D．增大D形金屬盒的半徑8.(2011·佛山一模)1922年英國物理學(xué)家阿斯頓因質(zhì)譜儀的發(fā)明、同位素和質(zhì)譜的研究榮獲了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)．若速度相同的同一束帶電粒子由左端射入質(zhì)譜儀后的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，則下列相關(guān)說法中正確的是()A．粒子帶負(fù)電B．速度選擇器的P1極板帶正電C．速度選擇器的P1極板帶負(fù)電D．在B2磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑越大的粒子，比荷越小9.在質(zhì)譜儀的示意圖中，從離子源S產(chǎn)生的正離子經(jīng)過狹縫S1和S2之間的加速電場(chǎng)，進(jìn)入離子速度選擇器．P1P2之間的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1.離子由S3射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域．由于各種離子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R不同，故分別射到底片上的不同位置，形成各自的譜線．如果要使氘核的譜線離S3的距離增大為原來的2倍，可以()A．將B2減小為原來的1/2B．將B2增大為原來的2倍C．將B1減小為原來的1/2D．將E減小為原來的1/2三、非選擇題10．如圖所示，加速電場(chǎng)的電壓為U，速度選擇器的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一帶正電粒子(不計(jì)重力)，從靜止開始由加速電場(chǎng)加速之后從速度選擇器的左端中點(diǎn)垂直射入，恰好能沿直線通過速度選擇器，則該帶電粒子的比荷為多少？11．如圖所示，一臺(tái)回旋加速器，忽略帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，當(dāng)電場(chǎng)的電壓和磁感強(qiáng)度一定時(shí)，可把質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)加速到最大動(dòng)能為Ek.那么，這臺(tái)回旋加速器，能把α粒子(eq\o\al(4,2)He)加速到最大動(dòng)能為多少？12．如圖所示，兩個(gè)同心圓，半徑分別為r和2r，在兩圓之間的環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.圓心O處有一放射源，放出粒子的質(zhì)量為m，帶電量為q，假設(shè)粒子速度方向都和紙面平行．(1)圖中箭頭表示某一粒子初速度的方向，OA與初速度方向夾角為60°，要想使該粒子經(jīng)過磁場(chǎng)第一次通過A點(diǎn)，則初速度的大小是多少？(2)要使粒子不穿出環(huán)形區(qū)域，則粒子的初速度不能超過多少？

參考答案1．解析：根據(jù)左手定則及電場(chǎng)力的判斷方法，無論帶何種電荷，都必須從左端射入速度選擇器．而能被選擇的帶電粒子必須做勻速直線運(yùn)動(dòng)，有qvB＝qE.即符合v＝eq\f(E,B)的粒子就能被選，與電性、比荷無關(guān)．答案：C2．解析：A與B兩束離子由速度選擇器進(jìn)入磁場(chǎng)后，由左手定則可判斷出A、B兩束離子均帶正電；離子在速度選擇器中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，兩離子帶正電，所受電場(chǎng)力與場(chǎng)強(qiáng)方向一致，水平向右，洛倫茲力必水平向左，且與電場(chǎng)力等大：Bqv＝qE?v＝eq\f(E,B)，由左手定則可得速度選擇器中的磁場(chǎng)方向應(yīng)垂直于紙面向里；兩離子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，觀察可得圓周運(yùn)動(dòng)半徑不同，依據(jù)r＝eq\f(mv,Bq)可得兩離子的比荷不等，A束離子的圓周運(yùn)動(dòng)的半徑較小，則比荷大于B束離子．答案：D3．解析：洛倫茲力不做功，沒有電場(chǎng)加速，帶電粒子就沒有獲得動(dòng)能，故選項(xiàng)B正確選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由T＝eq\f(2πm,qB)，故周期與磁場(chǎng)有關(guān)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由Ekn＝eq\f(qBr2,2m)可知粒子獲得的最大動(dòng)能與磁場(chǎng)有關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案：B4．解析：等離子體噴射入磁場(chǎng)后，在洛倫茲力F1＝qBv的作用下正離子向上偏，負(fù)離子向下偏，則上板是電源的正極，下板是電源的負(fù)極，B正確；兩板間形成向下的電場(chǎng)，正、負(fù)離子將受到電場(chǎng)力F2＝qeq\f(U,d)，阻礙其偏轉(zhuǎn)，假設(shè)外電路斷路，則qBv＝qeq\f(U,d)，即U＝Bdv為電源電動(dòng)勢(shì)，A錯(cuò)誤．電源內(nèi)阻為r＝ρeq\f(d,S)＝eq\f(d,gS)，由閉合電路歐姆定律得I＝eq\f(Bdv,R＋r)＝eq\f(BdvSg,gSR＋d)，C、D錯(cuò)誤．(等效思維法)答案：B5．答案：AC(發(fā)散思維法)6．解析：由于流動(dòng)的是負(fù)離子，所以用左手定則判斷時(shí)指尖要指向右，這樣就知道負(fù)離子受到向上的洛倫茲力而聚在a上，b因感應(yīng)會(huì)相應(yīng)出現(xiàn)正電荷，電勢(shì)b高a低，選項(xiàng)B正確；由qvB＝qE＝qeq\f(U,d)，可得v＝eq\f(U,Bd)，流量Q＝Sv＝eq\f(πd2,4)eq\f(U,Bd)＝eq\f(πdU,4B)，故選項(xiàng)C正確．答案：BC7．解析：粒子最后射出時(shí)的旋轉(zhuǎn)半徑為D形盒的最大半徑R，R＝eq\f(mv,qB)，Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(q2B2R2,2m).可見，要增大粒子射出時(shí)的動(dòng)能，應(yīng)增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B和增大D形盒的半徑R，故正確答案為B、D.答案：BD8．解析：從純磁場(chǎng)中可判斷粒子帶正電；在速度選擇器中可判斷洛倫茲力向上，則電場(chǎng)力向下，則P1板帶正電；根據(jù)qvB1＝qE和R＝eq\f(mv,qB2)知R＝eq\f(mE,qB1B2)可知在B2磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑越大的粒子，比荷越?。鸢福築D9．解析：在B2區(qū)域，根據(jù)R＝eq\f(mv,qB2)，要R→2R，則B2→B2/2，選項(xiàng)A正確．或使離子離開加速電場(chǎng)板S2時(shí)的速度為v→2v；在離子速度選擇器中，根據(jù)qvB1＝qE，得v＝eq\f(E,B1)，即B1→B1/2，選項(xiàng)C正確．(說明：調(diào)節(jié)B1→B1/2涉及同時(shí)調(diào)節(jié)加速電場(chǎng)的電壓U→4U)答案：AC10．解析：設(shè)帶電粒子的電量為q，質(zhì)量為m，在加速電場(chǎng)中加速得到的最大速度為v，根據(jù)動(dòng)能定理，有：qU＝eq\f(1,2)mv2.①帶電粒子在速度選擇器中所受的洛倫茲力等于電場(chǎng)力，從而做勻速直線運(yùn)動(dòng)，有：qvB＝qE.②①②聯(lián)立解得：eq\f(q,m)＝eq\f(E2,2UB2).答案：eq\f(E2,2UB2)11．解析：帶電粒子在磁場(chǎng)中，根據(jù)洛倫茲力等于向心力，有：qvB＝meq\f(v2,R)，得v＝eq\f(qBR,m).把它代入Ek＝eq\f(1,2)mv2，得Ek＝eq\f(qBR2,2m).由于B、R一定，故v∝eq\f(q,m)，Ek∝eq\f(q2,m).故α粒子(eq\o\al(4,2)He)加速到最大動(dòng)能也為Ek.答案：Ek12．解析：(1)如圖所示，設(shè)粒子在磁場(chǎng)中的軌道半徑為R1，則由幾何關(guān)系得R1＝eq\f(\r(3)r,3)，又qv1B＝meq\f(v\o\al(2,1),R1)得v1＝eq\f(\r(3)Bqr,3m).(2)設(shè)粒子軌