2021年高考物理100考點(diǎn)模擬題千題精練-專題3.24-質(zhì)譜儀選擇題(原卷版)(附解析)

2021年高考物理100考點(diǎn)最新模擬題千題精練（選修3-1）第三部分磁場(chǎng)專題3.24質(zhì)譜儀選擇題（基礎(chǔ)篇）一．選擇題1．（2020陜西咸陽(yáng)一模）質(zhì)譜儀是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具．如圖所示為質(zhì)譜儀的原理示意圖，現(xiàn)利用質(zhì)譜儀對(duì)氫元素進(jìn)行測(cè)量．讓氫元素三種同位素的離子流從容器A下方的小孔s無初速度飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)．加速后垂直進(jìn)入磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．氫的三種同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三條“質(zhì)譜線”．則下列判斷正確的是（）A.

進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度從大到小排列的順序是氕、氘、氚B.

進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)動(dòng)能從大到小排列的順序是氕、氘、氚C.

在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間由大到小排列的順序是氕、氘、氚D.

a、b、C三條“質(zhì)譜線”依次排列的順序是氕、氘、氚2.質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具。圖中的鉛盒A中的放射源放出大量的帶正電粒子(可認(rèn)為初速度為零)，從狹縫S1進(jìn)入電壓為U的加速電場(chǎng)加速后，再通過狹縫S2從小孔G垂直于MN射入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是以直線MN為切線、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直于紙面向外、半徑為R的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)。現(xiàn)在MN上的F點(diǎn)(圖中未畫出)接收到該粒子，且GF＝eq\r(3)R，則該粒子的比荷為(粒子的重力忽略不計(jì))A.eq\f(8U,R2B2)B.eq\f(4U,R2B2)C.eq\f(6U,R2B2)D.eq\f(2U,R2B2)3.（2019江西南昌三模）現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質(zhì)子（H）在入口處從靜止開始被電場(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場(chǎng)。若換作α粒子（He）在入口處從靜止開始被同一電場(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場(chǎng)，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來的倍數(shù)是（）A． B． C．2 D．4.(2016·北京東城區(qū)模擬)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兩束，下列說法中正確的是()A.組成A束和B束的離子都帶負(fù)電B.組成A束和B束的離子質(zhì)量一定不同C.A束離子的比荷大于B束離子的比荷D.速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外5．如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，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、方向垂直紙面向外．一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿中心線通過靜電分析器，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．下列說法正確的是()A．粒子一定帶正電B．加速電場(chǎng)的電壓U＝eq\f(1,2)ERC．直徑PQ＝eq\f(2,B)eq\r(qmER)D．若一群離子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點(diǎn)，則該群離子具有相同的比荷6.(2016洛陽(yáng)聯(lián)考)如圖所示為“用質(zhì)譜儀測(cè)定帶電粒子質(zhì)量”的裝置示意圖。速度選擇器中場(chǎng)強(qiáng)E的方向豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的方向垂直紙面向里，分離器中磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的方向垂直紙面向外。在S處有甲、乙、丙、丁四個(gè)一價(jià)正離子垂直于E和B1入射到速度選擇器中，若它們的質(zhì)量關(guān)系滿足，速度關(guān)系滿足，它們的重力均可忽略，則打在P1、P2、P3、P4四點(diǎn)的離子分別是SSB2P1P2P3P4B1A．甲丁乙丙 B．乙甲丙丁C．丙丁乙甲 D．丁甲丙乙7.如圖所示，一束帶電粒子以一定的初速度沿直線通過由相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁感應(yīng)強(qiáng)度為B)和勻強(qiáng)電場(chǎng)(電場(chǎng)強(qiáng)度為E)組成的速度選擇器，然后粒子通過平板S上的狹縫P進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁感應(yīng)強(qiáng)度為B′)，最終打在A1A2上，下列表述正確的是()A.粒子帶負(fù)電B.所有打在A1A2上的粒子，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B′的磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間都相同C.能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于eq\f(E,B)D.粒子打在A1A2的位置越靠近P，粒子的比荷eq\f(q,m)越大8.（2020百校聯(lián)盟模擬2）如圖所示為質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)原理圖帶有小孔的兩個(gè)水平極板、間有垂直極板方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，圓筒內(nèi)可以產(chǎn)生質(zhì)子和氚核，它們由靜止進(jìn)入極板間，經(jīng)極板間的電場(chǎng)加速后進(jìn)入下方的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半周后打到底片上。不計(jì)質(zhì)子和氚核的重力及它們間的相互作用。則下列判斷正確的是（）A.質(zhì)子和氚核在極板、間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為B.質(zhì)子和氚核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為C.質(zhì)子和氚核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速率之比為D.質(zhì)子和氚核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑之比為9.（2020高考仿真沖刺卷）質(zhì)譜儀是一種測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具,它的構(gòu)造原理如圖,離子源A產(chǎn)生電荷量相同而質(zhì)量不同的離子束(初速度可視為零),從狹縫S1進(jìn)入電場(chǎng),經(jīng)電壓為U的加速電場(chǎng)加速后,再通過狹縫S2從小孔垂直MN射入圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng).該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于紙面向外,半徑為R,磁場(chǎng)邊界與直線MN相切在E點(diǎn).離子離開磁場(chǎng)最終到達(dá)感光底片MN上,設(shè)離子電荷量為q,到達(dá)感光底片上的點(diǎn)與E點(diǎn)的距離為x,不計(jì)重力,可以判斷()A.離子束帶負(fù)電B.x越大,則離子的比荷一定越大C.到達(dá)x=R處的離子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為D.到達(dá)x=R處的離子質(zhì)量為10．（2020高考信息卷）如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，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，方向垂直紙面向外。一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿中心線通過靜電分析器，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，下列說法中正確的是A．加速電場(chǎng)的電壓U＝ERB．極板M比極板N電勢(shì)低C．直徑PQ＝D．若一群粒子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點(diǎn)，則該群粒子具有相同的比荷11.分離同位素時(shí)，為提高分辨率，通常在質(zhì)譜儀內(nèi)的磁場(chǎng)前加一扇形電場(chǎng)。扇形電場(chǎng)由彼此平行、帶等量異號(hào)電荷的兩圓弧形金屬板形成，其間電場(chǎng)沿半徑方向。被電離后帶相同電荷量的同種元素的同位素離子，從狹縫沿同一方向垂直電場(chǎng)線進(jìn)入靜電分析器，經(jīng)過兩板間靜電場(chǎng)后會(huì)分成幾束，不考慮重力及離子間的相互作用，則()A．垂直電場(chǎng)線射出的離子速度的值相同B．垂直電場(chǎng)線射出的離子動(dòng)量的值相同C．偏向正極板的離子離開電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能比進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能大D．偏向負(fù)極板的離子離開電場(chǎng)時(shí)動(dòng)量的值比進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)動(dòng)量的值大12、(2018·江西五校聯(lián)考)(多選)如圖所示，含有eq\o\al(1,1)H(氕核)、eq\o\al(2,1)H(氘核)、eq\o\al(4,2)He(氦核)的帶電粒子束從小孔O1處射入速度選擇器，沿直線O1O2運(yùn)動(dòng)的粒子在小孔O2處射出后垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，最終打在P1、P2兩點(diǎn)．則()A．打在P1點(diǎn)的粒子是eq\o\al(4,2)HeB．打在P2點(diǎn)的粒子是eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(4,2)HeC．O2P2的長(zhǎng)度是O2P1長(zhǎng)度的2倍D．粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間都相等13.現(xiàn)有一種質(zhì)譜儀如圖所示,離子化室存在一些初速度為零的正離子。正離子經(jīng)高壓電源加速,加速后通過圓形磁場(chǎng)室(內(nèi)為勻強(qiáng)磁場(chǎng))、真空管,最后打在記錄儀上,通過處理就可以得到正離子比荷(),進(jìn)而推測(cè)有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)。已知高壓電源的電壓為U,圓形磁場(chǎng)室的半徑為R,真空管與水平面夾角為θ,離子進(jìn)入磁場(chǎng)室時(shí)速度方向指向圓心。則下列說法正確的是()A.高壓電源A端應(yīng)接電源的正極B.磁場(chǎng)室的磁場(chǎng)方向必須垂直紙面向里C.兩種一價(jià)正離子X1,X2(X1質(zhì)量大于X2)同時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng)室后,出現(xiàn)圖中的軌跡Ⅰ和Ⅱ,則軌跡I一定對(duì)應(yīng)X2D.若磁場(chǎng)室內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,當(dāng)記錄儀接收到一個(gè)明顯的信號(hào)時(shí),與該信號(hào)對(duì)應(yīng)的離子比荷為14.(2016·全國(guó)卷Ⅰ·15)現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖3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(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場(chǎng)．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(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場(chǎng)，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．11B．12C．121D．14415．如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片平板S下方有強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。下列表述不正確的是（）A.質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B.速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外C.能通過的狹縫P的帶電粒子的速率等于D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的荷質(zhì)比越小16．某種質(zhì)譜儀的原理如圖所示。高速原子核從A點(diǎn)沿AC方向進(jìn)入平行正對(duì)的金屬平板之間，板間有方向如圖，大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，還有垂直于紙面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫出)。符合條件的原子核能從C點(diǎn)沿半徑方向射入半徑為R的圓形磁場(chǎng)區(qū)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2，方向垂直于紙面向外。接收器安放在與圓形磁場(chǎng)共圓心的弧形軌道上，其位置由OP與OD的夾角θ描述。不考慮原子核所受重力對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響，下列說法正確的是()A.B1方向垂直于紙面向外B.能從C點(diǎn)進(jìn)入圓形磁場(chǎng)的原子核的速度為C.若某原子核的原子序數(shù)為Z，實(shí)驗(yàn)中接收器在θ所對(duì)應(yīng)位置能接收原子核，則該原子核的質(zhì)量m為D.現(xiàn)用此儀器分析氫的同位素，若在θ=120°的位置能接收到氕核，那么應(yīng)該將接收器放于θ=60°的位置能接收到氚核17．如圖，一束帶電粒子以一定的初速度沿直線通過由相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B和勻強(qiáng)電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度為E組成的速度選擇器，然后粒子通過平板S上的狹縫P進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為，最終打在上，下列表述正確的是（）A.粒子帶負(fù)電B.所有打在上的粒子，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間都相同C.能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于D.粒子打在上的位置越靠近P，粒子的比荷越大

2021年高考物理100考點(diǎn)最新模擬題千題精練（選修3-1）第三部分磁場(chǎng)專題3.24質(zhì)譜儀選擇題（基礎(chǔ)篇）一．選擇題1．（2020陜西咸陽(yáng)一模）質(zhì)譜儀是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具．如圖所示為質(zhì)譜儀的原理示意圖，現(xiàn)利用質(zhì)譜儀對(duì)氫元素進(jìn)行測(cè)量．讓氫元素三種同位素的離子流從容器A下方的小孔s無初速度飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)．加速后垂直進(jìn)入磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．氫的三種同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三條“質(zhì)譜線”．則下列判斷正確的是（）A.

進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度從大到小排列的順序是氕、氘、氚B.

進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)動(dòng)能從大到小排列的順序是氕、氘、氚C.

在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間由大到小排列的順序是氕、氘、氚D.

a、b、C三條“質(zhì)譜線”依次排列的順序是氕、氘、氚【參考答案】A【名師解析】根據(jù)qU=mv2得，v=．比荷最大的是氕，最小的是氚，所以進(jìn)入磁場(chǎng)速度從大到小的順序是氕、氘、氚。故A正確，根據(jù)動(dòng)能定理可知Ek=qU，故動(dòng)能相同，故B錯(cuò)誤；時(shí)間為t=T=，故在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間由大到小排列的順序是氚氘氕，故C錯(cuò)誤；進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)有qvB=m，

解得：R=mv/qB=，氕比荷最大的，軌道半徑最小，c對(duì)應(yīng)的是氕，氚比荷最小，則軌道半徑最大，a對(duì)應(yīng)的是氚，故D錯(cuò)誤。

【關(guān)鍵點(diǎn)撥】。

根據(jù)動(dòng)能定理求出粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，知道三種粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度大小關(guān)系，再根據(jù)洛倫茲力提供向心力求出R與什么因素有關(guān)，從而得出a、b、c三條“質(zhì)譜線”的排列順序．

解決本題的關(guān)鍵知道根據(jù)動(dòng)能定理求出速度，知道速度與比荷有關(guān)，以及知道根據(jù)qvB=m可求出軌道半徑與比荷有關(guān)．2.質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具。圖中的鉛盒A中的放射源放出大量的帶正電粒子(可認(rèn)為初速度為零)，從狹縫S1進(jìn)入電壓為U的加速電場(chǎng)加速后，再通過狹縫S2從小孔G垂直于MN射入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是以直線MN為切線、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直于紙面向外、半徑為R的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)。現(xiàn)在MN上的F點(diǎn)(圖中未畫出)接收到該粒子，且GF＝eq\r(3)R，則該粒子的比荷為(粒子的重力忽略不計(jì))A.eq\f(8U,R2B2)B.eq\f(4U,R2B2)C.eq\f(6U,R2B2)D.eq\f(2U,R2B2)【參考答案】C【名師解析】設(shè)離子被加速后獲得的速度為v，由動(dòng)能定理有qU＝eq\f(1,2)mv2，由幾何知識(shí)知，離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r＝eq\f(\r(3)R,3)，又Bqv＝meq\f(v2,r)，可求eq\f(q,m)＝eq\f(6U,R2B2)，故C正確。3.（2019江西南昌三模）現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質(zhì)子（H）在入口處從靜止開始被電場(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場(chǎng)。若換作α粒子（He）在入口處從靜止開始被同一電場(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場(chǎng)，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來的倍數(shù)是（）A． B． C．2 D．【參考答案】B【命題意圖】本題考查質(zhì)譜儀、動(dòng)能定理、洛倫茲力和牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其相關(guān)知識(shí)點(diǎn)?！窘忸}思路】粒子在加速電場(chǎng)中加速，由動(dòng)能定理得：qU＝mv2﹣0，粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得：qvB＝m，解得：B＝，設(shè)質(zhì)子質(zhì)量為m，質(zhì)子電荷量為e，則α粒子質(zhì)量為4m，電荷量為4e，為使質(zhì)子和α粒子在入口處從靜止開始被同一電場(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場(chǎng)，所需要的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度之比為：==，所以若換作α粒子（He）在入口處從靜止開始被同一電場(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場(chǎng)，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來的倍，選項(xiàng)B正確。【試題拓展】此題可以多方面拓展。若加速電場(chǎng)和使粒子偏轉(zhuǎn)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，則質(zhì)子和α粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑之比為多少？若質(zhì)子和α粒子以相同的速度射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則質(zhì)子和α粒子經(jīng)過的加速電場(chǎng)電壓之比為多少？在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑之比為多少？若質(zhì)子和α粒子以相同的動(dòng)量射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則質(zhì)子和α粒子經(jīng)過的加速電場(chǎng)電壓之比為多少？在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑之比為多少？4.(2016·北京東城區(qū)模擬)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兩束，下列說法中正確的是()A.組成A束和B束的離子都帶負(fù)電B.組成A束和B束的離子質(zhì)量一定不同C.A束離子的比荷大于B束離子的比荷D.速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外【參考答案】C【名師解析】由左手定則知，A、B離子均帶正電，A錯(cuò)誤；兩束離子經(jīng)過同一速度選擇器后的速度相同，在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，由R＝eq\f(mv,qB)可知，半徑大的離子對(duì)應(yīng)的比荷小，但離子的質(zhì)量不一定相同，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確；速度選擇器中的磁場(chǎng)方向應(yīng)垂直紙面向里，D錯(cuò)誤。5．如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，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、方向垂直紙面向外．一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿中心線通過靜電分析器，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．下列說法正確的是()A．粒子一定帶正電B．加速電場(chǎng)的電壓U＝eq\f(1,2)ERC．直徑PQ＝eq\f(2,B)eq\r(qmER)D．若一群離子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點(diǎn)，則該群離子具有相同的比荷【參考答案】ABD【名師解析】由左手定則可知，粒子帶正電，而粒子在MN間被加速，故A正確；根據(jù)電場(chǎng)力提供向心力，則有qE＝eq\f(mv2,R)，又有電場(chǎng)力使粒子加速運(yùn)動(dòng)，則有qU＝eq\f(1,2)mv2，從而解得：U＝eq\f(ER,2)，故B正確；根據(jù)洛倫茲力提供向心力，則有：qvB＝eq\f(mv2,r)，結(jié)合上式可知，PQ＝eq\f(2,B)eq\r(\f(ERm,q))，若一群離子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點(diǎn)說明運(yùn)動(dòng)的直徑相同，由于磁場(chǎng)，電場(chǎng)與靜電分析器的半徑不變，則該群離子具有相同的比荷，故C錯(cuò)誤，D正確．6.(2016洛陽(yáng)聯(lián)考)如圖所示為“用質(zhì)譜儀測(cè)定帶電粒子質(zhì)量”的裝置示意圖。速度選擇器中場(chǎng)強(qiáng)E的方向豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的方向垂直紙面向里，分離器中磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的方向垂直紙面向外。在S處有甲、乙、丙、丁四個(gè)一價(jià)正離子垂直于E和B1入射到速度選擇器中，若它們的質(zhì)量關(guān)系滿足，速度關(guān)系滿足，它們的重力均可忽略，則打在P1、P2、P3、P4四點(diǎn)的離子分別是SSB2P1P2P3P4B1A．甲丁乙丙 B．乙甲丙丁C．丙丁乙甲 D．丁甲丙乙【參考答案】A【名師解析】：乙丙速度相等，通過速度選擇器，進(jìn)入磁場(chǎng)B2，由半徑公式，質(zhì)量大半徑大，P3、P4對(duì)應(yīng)的離子是乙丙；甲的速度小于丁的速度，在速度選擇器中，甲的洛倫茲力小于乙的洛倫茲力，甲的電場(chǎng)力大于洛倫茲力而向下偏，則丁向上偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)A正確。7.如圖所示，一束帶電粒子以一定的初速度沿直線通過由相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁感應(yīng)強(qiáng)度為B)和勻強(qiáng)電場(chǎng)(電場(chǎng)強(qiáng)度為E)組成的速度選擇器，然后粒子通過平板S上的狹縫P進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁感應(yīng)強(qiáng)度為B′)，最終打在A1A2上，下列表述正確的是()A.粒子帶負(fù)電B.所有打在A1A2上的粒子，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B′的磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間都相同C.能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于eq\f(E,B)D.粒子打在A1A2的位置越靠近P，粒子的比荷eq\f(q,m)越大【參考答案】CD【名師解析】根據(jù)粒子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B′的磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡可判斷粒子帶正電，A錯(cuò)誤；帶電粒子在速度選擇器中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則電場(chǎng)力與洛倫茲力等大反向，Eq＝Bqv，可得v＝eq\f(E,B)，C正確；由洛倫茲力充當(dāng)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力可得r＝eq\f(mv,Bq)，則eq\f(q,m)＝eq\f(v,Br)，越靠近P，r越小，粒子的比荷越大，D正確；所有打在A1A2上的粒子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B′的磁場(chǎng)中都只運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期，周期T＝eq\f(2πm,B′q)，比荷不同，打在A1A2上的粒子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B′的磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間不同，B錯(cuò)誤。8.（2020百校聯(lián)盟模擬2）如圖所示為質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)原理圖帶有小孔的兩個(gè)水平極板、間有垂直極板方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，圓筒內(nèi)可以產(chǎn)生質(zhì)子和氚核，它們由靜止進(jìn)入極板間，經(jīng)極板間的電場(chǎng)加速后進(jìn)入下方的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半周后打到底片上。不計(jì)質(zhì)子和氚核的重力及它們間的相互作用。則下列判斷正確的是（）A.質(zhì)子和氚核在極板、間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為B.質(zhì)子和氚核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為C.質(zhì)子和氚核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速率之比為D.質(zhì)子和氚核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑之比為【參考答案】AD【命題意圖】本題以質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)原理為背景，考查帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和帶電粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)等知識(shí)?！窘忸}思路】粒子在電場(chǎng)中做初速度為零的勻加速動(dòng)，則有，得故質(zhì)子和氚核在極板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比，A項(xiàng)正確；公式得，C項(xiàng)錯(cuò)誤；帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期，質(zhì)子和氚核在磁場(chǎng)中均運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期，則質(zhì)子和氚核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由公式得質(zhì)子和氚核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑之比，D項(xiàng)正確。9.（2020高考仿真沖刺卷）質(zhì)譜儀是一種測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具,它的構(gòu)造原理如圖,離子源A產(chǎn)生電荷量相同而質(zhì)量不同的離子束(初速度可視為零),從狹縫S1進(jìn)入電場(chǎng),經(jīng)電壓為U的加速電場(chǎng)加速后,再通過狹縫S2從小孔垂直MN射入圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng).該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于紙面向外,半徑為R,磁場(chǎng)邊界與直線MN相切在E點(diǎn).離子離開磁場(chǎng)最終到達(dá)感光底片MN上,設(shè)離子電荷量為q,到達(dá)感光底片上的點(diǎn)與E點(diǎn)的距離為x,不計(jì)重力,可以判斷()A.離子束帶負(fù)電B.x越大,則離子的比荷一定越大C.到達(dá)x=R處的離子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為D.到達(dá)x=R處的離子質(zhì)量為【參考答案】.CD【名師解析】帶電粒子在加速電場(chǎng)中做勻加速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)加速后的速度大小為v,根據(jù)動(dòng)能定理有qU=mv2-0,解得v=,然后勻速運(yùn)動(dòng)到E點(diǎn)進(jìn)入有界磁場(chǎng)中,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示:粒子從E點(diǎn)進(jìn)入有界磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),再沿直線做勻速直線運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn),由左手定則可判斷,粒子帶正電,故A錯(cuò)誤;由qvB=m,則r=,x越大則r越大,則比荷越小,故B錯(cuò)誤;在△ENO中tanθ=,當(dāng)x=R時(shí),解得θ=60°,設(shè)帶電粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡圓的半徑為r,根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)有r=R,解得m=,由t=T=×,由幾何關(guān)系知圓弧圓心角α=120°,聯(lián)立可得t=,故C,D正確.10．（2020高考信息卷）如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，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，方向垂直紙面向外。一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿中心線通過靜電分析器，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，下列說法中正確的是A．加速電場(chǎng)的電壓U＝ERB．極板M比極板N電勢(shì)低C．直徑PQ＝D．若一群粒子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點(diǎn)，則該群粒子具有相同的比荷【參考答案】D【名師解析】在加速電場(chǎng)中，由動(dòng)能定理得Uq＝eq\f(1,2)mv2－0，粒子在靜電分析器中做圓周運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力提供向心力，由牛頓第二定律得qE＝meq\f(v2,R)，解得U＝eq\f(1,2)ER，故A錯(cuò)誤；因?yàn)榱Ｗ釉诖艌?chǎng)中從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)，因此由左手定則可知粒子帶正電；在加速電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力向右，所以電場(chǎng)線方向向右，則M板為正極，M板的電勢(shì)高于N板電勢(shì)，故B錯(cuò)誤；粒子在磁分析器中做圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得qvB＝meq\f(v2,r)，解得，P、Q兩點(diǎn)間的距離，若一群離子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點(diǎn)，則粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的直徑相等，根據(jù)PQ的表達(dá)式可知，粒子的比荷相等，故C錯(cuò)誤，D正確。11.分離同位素時(shí)，為提高分辨率，通常在質(zhì)譜儀內(nèi)的磁場(chǎng)前加一扇形電場(chǎng)。扇形電場(chǎng)由彼此平行、帶等量異號(hào)電荷的兩圓弧形金屬板形成，其間電場(chǎng)沿半徑方向。被電離后帶相同電荷量的同種元素的同位素離子，從狹縫沿同一方向垂直電場(chǎng)線進(jìn)入靜電分析器，經(jīng)過兩板間靜電場(chǎng)后會(huì)分成幾束，不考慮重力及離子間的相互作用，則()A．垂直電場(chǎng)線射出的離子速度的值相同B．垂直電場(chǎng)線射出的離子動(dòng)量的值相同C．偏向正極板的離子離開電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能比進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能大D．偏向負(fù)極板的離子離開電場(chǎng)時(shí)動(dòng)量的值比進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)動(dòng)量的值大【參考答案】D【名師解析】垂直電場(chǎng)線射出的離子，在電場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律有Eq＝meq\f(v2,r)，解得eq\f(1,2)Eqr＝eq\f(1,2)mv2，同位素的質(zhì)量不同，所以垂直電場(chǎng)線射出的離子動(dòng)能的值相同，速度不同，動(dòng)量不同，A、B錯(cuò)誤；偏向正極板的離子離開電場(chǎng)時(shí)克服電場(chǎng)力做功，動(dòng)能比進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的小，C錯(cuò)誤；偏向負(fù)極板的離子離開電場(chǎng)時(shí)，過程中電場(chǎng)力做正功，速度增大，動(dòng)量增大，故比進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)動(dòng)量的值大，D正確。12、(2018·江西五校聯(lián)考)(多選)如圖所示，含有eq\o\al(1,1)H(氕核)、eq\o\al(2,1)H(氘核)、eq\o\al(4,2)He(氦核)的帶電粒子束從小孔O1處射入速度選擇器，沿直線O1O2運(yùn)動(dòng)的粒子在小孔O2處射出后垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，最終打在P1、P2兩點(diǎn)．則()A．打在P1點(diǎn)的粒子是eq\o\al(4,2)HeB．打在P2點(diǎn)的粒子是eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(4,2)HeC．O2P2的長(zhǎng)度是O2P1長(zhǎng)度的2倍D．粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間都相等【參考答案】BC【名師解析】帶電粒子在沿直線通過速度選擇器時(shí)，電場(chǎng)力與洛倫茲力大小相等方向相反，即：qvB＝qE，所以v＝eq\f(E,B)，可知從粒子速度選擇器中射出的粒子具有相等的速度．帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，所以：qvB＝eq\f(mv2,r)，所以：r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(m,q)·eq\f(v,B)，可知粒子的比荷越大，則運(yùn)動(dòng)的半徑越小，所以打在P1點(diǎn)的粒子是eq\o\al(1,1)H，打在P2點(diǎn)的粒子是eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(4,2)He.故A錯(cuò)誤，B正確；由題中的數(shù)據(jù)可得，eq\o\al(1,1)H的比荷是eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(4,2)He的比荷的2倍，所以eq\o\al(1,1)H的軌道的半徑是eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(4,2)He的半徑的eq\f(1,2)倍，即O2P2的長(zhǎng)度是O2P1長(zhǎng)度的2倍，故C正確；粒子運(yùn)動(dòng)的周期：T＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2πm,qB)，三種粒子的比荷不相同，所以粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不相等．故D錯(cuò)誤．13.現(xiàn)有一種質(zhì)譜儀如圖所示,離子化室存在一些初速度為零的正離子。正離子經(jīng)高壓電源加速,加速后通過圓形磁場(chǎng)室(內(nèi)為勻強(qiáng)磁場(chǎng))、真空管,最后打在記錄儀上,通過處理就可以得到正離子比荷(),進(jìn)而推測(cè)有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)。已知高壓電源的電壓為U,圓形磁場(chǎng)室的半徑為R,真空管與水平面夾角為θ,離子進(jìn)入磁場(chǎng)室時(shí)速度方向指向圓心。則下列說法正確的是()A.高壓電源A端應(yīng)接電源的正極B.磁場(chǎng)室的磁場(chǎng)方向必須垂直紙面向里C.兩種一價(jià)正離子X1,X2(X1質(zhì)量大于X2)同時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng)室后,出現(xiàn)圖中的軌跡Ⅰ和Ⅱ,則軌跡I一定對(duì)應(yīng)X2D.若磁場(chǎng)室內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,當(dāng)記錄儀接收到一個(gè)明顯的信號(hào)時(shí),與該信號(hào)對(duì)應(yīng)的離子比荷為=【參考答案】C【名師解析】離子帶正電,經(jīng)過高壓電源區(qū)前的速度為零,那么,要使離子通過高壓電源區(qū),場(chǎng)強(qiáng)方向由B指向A,故高壓電源A端應(yīng)接電源的負(fù)極,故A錯(cuò)誤;要使離子在磁場(chǎng)區(qū)域發(fā)生如題圖所示偏轉(zhuǎn),那么,磁場(chǎng)方向應(yīng)垂直紙面,離子進(jìn)行順時(shí)針圓周運(yùn)動(dòng),故由左手定則可得,磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,故B錯(cuò)誤;離子經(jīng)過高壓電源區(qū)只受電場(chǎng)力作用,故由動(dòng)能定理可得qU=mv2,所以有v=,離子在磁場(chǎng)中只受洛倫茲力作用,故離子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,故有Bvq=m,所以軌道半徑r==,同位素的電荷量相同,故質(zhì)量越大,軌道半徑越大,由題圖可得軌跡Ⅱ?qū)?yīng)的軌道半徑較大,故軌跡I一定對(duì)應(yīng)X2,故C正確;由題圖根據(jù)幾何關(guān)系可得tan=,與該信號(hào)對(duì)應(yīng)的離子比荷==,故D錯(cuò)誤。14.(2016·全國(guó)卷Ⅰ·15)現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖3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(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場(chǎng)．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(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場(chǎng)，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．11B．12C．121D．144【參考答案】D【名師解析】由qU＝eq\f(1,2)mv2得帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度為v＝eq\r(\f(2qU,m))，結(jié)合帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑R＝eq\f(mv,Bq)，聯(lián)立得到R＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))，由題意可知，該離子與質(zhì)子在磁場(chǎng)中具有相同的軌道半徑和電荷量，故離子和質(zhì)子的質(zhì)量之比eq\f(m離子,m質(zhì)子)＝144，故選D.15．如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片平板S下方有強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。下列表述不正確的是（）A.質(zhì)譜儀是分析同位素的