質(zhì)譜儀與回旋加速器分層作業(yè)進(jìn)階拓展二 高二年級(jí)下冊(cè)物理人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)

課時(shí)4質(zhì)譜儀與回旋加速器分層作業(yè)進(jìn)階拓展（2）第一章

安培力和洛倫茲力高一物理選擇性必修第二冊(cè)（人教版

2019)

一、單選題，共10小題

1.如圖，方形金屬棒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直前后表面向里，金屬棒通有從左

到右的恒定電流/后將會(huì)產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，則（）

A.金屬棒上表面的電勢(shì)高于下表面B.金屬棒前表面的電勢(shì)高于后表面

C.僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，霍爾電壓將變大D.僅增大金屬棒長(zhǎng)度4，霍爾電壓將

變大

2.回旋加速器工作原理示意圖如圖所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，兩

盒間的狹縫很小，粒子穿過的時(shí)間可忽略，它們接在電壓為。、頻率為了的交流電源

上，若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子在加速器中被加速，下列說法正確的是（）

A.若只增大交流電壓U,則質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能增大

B.若只增大交流電壓U,則質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)行時(shí)間會(huì)變短

C.若磁感應(yīng)強(qiáng)度8增大，交流電頻率/必須適當(dāng)減小才能正常工作

D.不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度8和交流電頻率了,該回旋加速器也能用于加速a粒子

3.如圖，下列說法正確的是（）

甲乙丙丁

A.甲圖要增大粒子的最大動(dòng)能，可增加電壓。

B.乙圖是磁流體發(fā)電機(jī)，可判斷出A極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極

C.基本粒子不考慮重力的影響，丙圖可以判斷基本粒子的電性，粒子能夠沿直線勻速

F

通過速度選擇器的條件是v=5

D.丁圖中若載流子帶負(fù)電，穩(wěn)定時(shí)C板電勢(shì)高

4.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，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為2,質(zhì)子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。粒子（。粒子帶正電，其電荷量為質(zhì)子的2倍，質(zhì)量為

質(zhì)子的4倍）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)度改變?yōu)椋ǎ?/p>

5.如圖所示的速度選擇器水平放置，兩板間距離與板長(zhǎng)相等，板間分布如圖所示的正

交勻強(qiáng)電場(chǎng)與勻強(qiáng)磁場(chǎng).第一次：一帶正電的粒子（不計(jì)重力）從兩板左側(cè)中點(diǎn)。處

沿圖中虛線水平向右射入速度選擇器，恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)；第二次：撤去磁場(chǎng)，保

留電場(chǎng)，粒子以相同速度從。點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)，恰好從上板極右邊緣b點(diǎn)離開電場(chǎng)區(qū)：第

三次：撤去電場(chǎng)，保留磁場(chǎng)，粒子以相同速度從。點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)，粒子將打在下板極）

上某位置.粒子第二次在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與粒子第三次在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間的比值

是（）

C.2:TID.1:n

F

6.如圖所示是一速度選擇器，當(dāng)粒子速度滿足時(shí)，粒子沿圖中虛線水平射出;

D

若某一粒子以速度V射入該速度選擇器后，運(yùn)動(dòng)軌跡為圖中實(shí)線，則關(guān)于該粒子的說

法正確的是（）

A,粒子射入的速度一定是

D

F

B.粒子射入的速度可能是

D

C.粒子射出時(shí)的速度一定大于射入速度

D.粒子射出時(shí)的速度一定小于射入速度

7.回旋加速器如圖所示：真空容器D形盒放在與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。兩盒間狹

縫間距很小，粒子從粒子源A處（D形盒圓心）進(jìn)入加速電場(chǎng)（初速度近似為零）D

形盒半徑為R,粒子質(zhì)量為加、電荷量為+4,加速器接電壓為U的高頻交流電源。若

相對(duì)論效應(yīng)、粒子所受重力和帶電粒子穿過狹縫的時(shí)間均不考慮。下列正確的是

（）

B

交流電源

A.增大電壓U,粒子在D形盒中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間不變

B.增大電壓U,粒子被加速后獲得的最大動(dòng)能增大

C.增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B,粒子被加速后獲得的最大動(dòng)能增大

D.粒子速度越來越大，交流電源的頻率也越來越大

8.若帶電粒子在磁場(chǎng)中所受的重力不能忽略，它將做較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，“配速法”是

解決此類問題的重要方法。我們給帶電粒子配置一個(gè)速度切，使之對(duì)應(yīng)的洛倫茲力與

重力平衡，可視為勻速直線運(yùn)動(dòng)；再配置一個(gè)與V7等大反向的速度V2,粒子同時(shí)做速

度大小為也的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，實(shí)際的運(yùn)動(dòng)為這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。如圖所示，在水平

方向上存在垂直紙面向里、大小為8的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。將質(zhì)量為機(jī)、電荷量絕對(duì)值為4的

帶電油滴從。點(diǎn)由靜止釋放，它在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的部分軌跡如圖所示，b為整段軌跡的

最低點(diǎn)，重力加速度為g。則下列說法正確的是（）

xfixXX

XXX6XXX

A.油滴可能帶負(fù)電

B.軌跡仍可能是橢圓曲線的一部分

C.油滴到b點(diǎn)時(shí)的速度大小為萼

D.油滴到b點(diǎn)后將沿水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)

9.如圖所示，甲、乙、丙、丁四圖是四種儀器的結(jié)構(gòu)示意圖，下列說法正確的是

A.圖甲是回旋加速器，當(dāng)在兩縫隙處所加電壓越大，粒子從出口處出來的速度也越

大

B.圖乙是靜電除塵裝置，A應(yīng)接高壓電的正極，8接高壓電的負(fù)極

C.圖丙是磁電式電表，指針偏轉(zhuǎn)是通電線圈受安培力作用的結(jié)果

D.圖丁是磁流體發(fā)電機(jī)，當(dāng)閉合開關(guān)S時(shí)，電流由6經(jīng)電阻R流向〃

10.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電源的兩極相連接

的兩個(gè)D形金屬盒，兩盒間的狹縫中有周期性變化的電場(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。則下列說法中正

確的是（)

A.粒子從D形盒射出時(shí)的動(dòng)能與加速電場(chǎng)的電壓有關(guān)

B.增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能

C.加速電場(chǎng)的變化周期與粒子速度大小有關(guān)

D.用同一回旋加速器可以同時(shí)加速質(zhì)子（）和a粒子（jHe）

二、多選題，共4小題

11.在回旋加速器中（）

A.電場(chǎng)用來加速帶電粒子，磁場(chǎng)則使帶電粒子回旋

B.電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)用來加速帶電粒子

C.在交流電壓一定的條件下，回旋加速器的半徑越大，則帶電粒子獲得的動(dòng)能越大

D.同一帶電粒子獲得的最大動(dòng)能只與交流電壓的大小有關(guān)，而與交流電壓的頻率無

關(guān)

12.如圖所示，兩個(gè)平行金屬板M、N間有正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，電場(chǎng)方向

由M板指向N板，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，。。'為到兩極板距離相等的平行于兩板的

直線.一質(zhì)量為機(jī)，帶電荷量為+4的帶電粒子，以速度vo從。點(diǎn)射入，沿。O'方向

勻速通過場(chǎng)區(qū)，不計(jì)帶電粒子的重力，則以下說法正確的是（）

OO'

N

A.帶電荷量為一g的粒子以vo從。點(diǎn)沿。。，方向射入仍能勻速通過場(chǎng)區(qū)

B.帶電荷量為2q的粒子以vo從。點(diǎn)沿O。，射入仍能勻速通過場(chǎng)區(qū)

C.保持電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不變，方向均與原來相反，粒子以V。從。點(diǎn)沿

射入，則粒子仍能勻速通過場(chǎng)區(qū)

D.粒子仍以速度vo從右側(cè)的。，點(diǎn)沿。，。方向射入，粒子仍能勻速通過場(chǎng)區(qū)14.利用

海流發(fā)電的磁流體發(fā)電機(jī)原理示意圖如圖所示，矩形發(fā)電管道水平東西放置，整個(gè)管

道置于方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為8的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。其上、下兩面是絕緣板，

南、北兩側(cè)面M、N是電阻可忽略的導(dǎo)體板，兩導(dǎo)體板與開關(guān)S和定值電阻R相連。

已知發(fā)電管道長(zhǎng)為八寬為d、高為/?,海水在發(fā)電管道內(nèi)以恒定速率v朝正東方向流

動(dòng)。發(fā)電管道內(nèi)的海水在垂直流動(dòng)方向的電阻為,，海水在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)受到的摩擦阻

力大小恒為人不計(jì)地磁場(chǎng)的影響，則（）

A.N側(cè)的電勢(shì)高

B.開關(guān)S斷開時(shí)，M、N兩端的電壓為3小

C.開關(guān)S閉合時(shí)，發(fā)電管道進(jìn)、出口兩端壓力差歹=/+四①

R+r

D.開關(guān)S閉合時(shí)，電阻尺上的功率為理工

R

三、填空題，共4小題

15.（1）洛倫茲力是磁場(chǎng)對(duì)（填“運(yùn)動(dòng)”或“靜止”）電荷的作用；如圖所示是

一帶正電的粒子在磁場(chǎng)中豎直向下運(yùn)動(dòng)，粒子所受洛倫茲力的方向o

XXXX

XXXX

XX，改X

XXXX

（2）質(zhì)譜儀是分離同位素的重要儀器，其原理如圖所示，帶等量異種電荷的兩平行金

屬板4、2之間的電壓為。，一個(gè)帶負(fù)電的粒子（不計(jì)重力）從A板中由靜止釋放，

之后從。點(diǎn)進(jìn)入另一磁感應(yīng)強(qiáng)度為8的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在洛倫茲力的作用下，粒子做勻

速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過半個(gè)圓周后打在擋板上的A點(diǎn)。已知粒子的質(zhì)量為加，電荷量

為q,。、A兩點(diǎn)間的距離為o

16.如圖甲所示，在平面直角坐標(biāo)系中，原點(diǎn)。處有一粒子源，可沿y軸正方向以初

速度%發(fā)射質(zhì)量為機(jī)、電荷量為+4的粒子（重力不可忽略）。在第一、二象限內(nèi)存在

方向平行于x軸的電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度用隨時(shí)間呈期性變化的圖像如圖乙所示，其周期

7=等，規(guī)定x軸的正方向?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)的正方向。在第三、四象限內(nèi)存在垂直紙面向里的

勻強(qiáng)磁場(chǎng)和平行于紙面的勻強(qiáng)電場(chǎng)，其場(chǎng)強(qiáng)為馬（未知），勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

「3兀m乂

8=丁監(jiān)，粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。若/=0時(shí)刻射出的粒子第一次穿過無軸

時(shí)速度方向與x軸正方向夾角為45。，己知重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力。求：

（1）召2的大小和方向；

（2）t=~時(shí)刻射出的粒子從射出到第三次穿過無軸所用時(shí)間以及穿過的點(diǎn)的位置坐

4

標(biāo)。

（3）若保持g=2綜，方向沿x軸的正方向不變，。點(diǎn)發(fā)射的粒子第〃次穿過x軸的

位置坐標(biāo)。

17.如圖所示，厚度為〃、寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)

磁場(chǎng)中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A，之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差

U,這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，霍爾效應(yīng)可解釋如下：外部磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電子的洛倫茲力

使電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成電

場(chǎng)，電場(chǎng)對(duì)電子施加與洛倫茲力方向相反的電場(chǎng)力，當(dāng)電場(chǎng)力與洛倫茲力達(dá)到平衡

時(shí)，導(dǎo)體板上、下兩側(cè)面之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差，電流/是自由電子的定向移動(dòng)

形成的，電子的平均定向移動(dòng)速率為v,電荷量為e,回答下列問題：

A'

（1）達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢(shì)（選填“高于”“低于”或“等于”）

下側(cè)面A，的電勢(shì)；

（2）電子所受洛倫茲力的大小為；

（3）當(dāng)導(dǎo)體板上、下兩側(cè)面之間的電勢(shì)差為如時(shí)，電子所受電場(chǎng)力的大小為

（4）導(dǎo)體板上、下兩側(cè)面產(chǎn)生的穩(wěn)定的電勢(shì)差U=o

18.質(zhì)譜儀

（1）質(zhì)譜儀構(gòu)造：主要構(gòu)件有加速、偏轉(zhuǎn)和照相底片

（2）運(yùn)動(dòng)過程（如圖）

（3）帶電粒子經(jīng)過電壓為U的加速電場(chǎng)加速，

mv

（4）垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為8的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，r=—,可得r=

qB

（5）分析：從粒子打在底片D上的位置可以測(cè)出圓周的半徑r,進(jìn)而可以算出粒子的

四、解答題，共4小題

19.如圖所示為質(zhì)譜儀原理示意圖.設(shè)粒子質(zhì)量為機(jī)、電荷量為分加速電場(chǎng)電壓為

U,偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為3,粒子從容器A下方的小孔S飄入加速電場(chǎng)，其初速

度幾乎為0.則粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度是多大？打在底片上的位置到S3的距離多大？

20.如圖所示，三塊擋板圍成橫截面邊長(zhǎng)乙=1.2m的等邊三角形區(qū)域，C、P、。分別

是MN、AM和AN中點(diǎn)處的小孔，三個(gè)小孔處于同一豎直面內(nèi)，水平，MN上方是

豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)E=4X1(F4N/C。三角形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁

場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為3;以外區(qū)域有垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為胡=35

的勻強(qiáng)磁場(chǎng)?，F(xiàn)將一比荷g=108C/kg的帶正電的粒子，從。點(diǎn)由靜止釋放，粒子從

m

MN小孔C進(jìn)入內(nèi)部勻強(qiáng)磁場(chǎng)，經(jīng)內(nèi)部磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后直接垂直AN經(jīng)過。點(diǎn)進(jìn)入外部磁

場(chǎng)。已知粒子最終回到了。點(diǎn)，OC相距2m。設(shè)粒子與擋板碰撞過程中沒有動(dòng)能損

失，且電荷量不變，不計(jì)粒子重力，不計(jì)擋板厚度，取力=3。求：

(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度8/的大?。?/p>

(2)粒子從。點(diǎn)出發(fā)，到再次回到。點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間。

21.如圖甲所示，一內(nèi)壁光滑的圓簡(jiǎn)水平放置，圓筒內(nèi)底面拴接一輕質(zhì)彈簧，推動(dòng)質(zhì)

量為叫的帶正電絕緣小球。壓縮彈簧，小球a的帶電荷量為名，圓筒右側(cè)與長(zhǎng)度為L(zhǎng)

的絕緣粗糙水平平臺(tái)AC平滑對(duì)接，小球與AC間的動(dòng)摩擦因數(shù)為〃，AC間存在豎直

向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小為片,在C端靜止放置一質(zhì)量為?的帶負(fù)電小球6,帶電

荷量為%,C處恰好無電場(chǎng)，在AC右側(cè)存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向

下，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為8,某時(shí)刻釋放小球。，小球。與

小球b在C處發(fā)生彈性碰撞（碰撞過程兩小球的帶電荷量不變），之后小球6恰做勻速

圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡經(jīng)過C點(diǎn)正下方的。點(diǎn)，C、。間距離為d,小球。被反彈，至

AC中點(diǎn)處速度減為零，兩小球均可看成質(zhì)點(diǎn)，不計(jì)兩小球間的庫侖力。

（1）求水平面右側(cè)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小E2。

（2）求彈簧最初的彈性勢(shì)能丸。

（3）若將右側(cè)的磁場(chǎng)變?yōu)榘磮D乙所示規(guī)律變化的交變磁場(chǎng)，從小球b離開C點(diǎn)開

始計(jì)時(shí)，其中當(dāng)空，電場(chǎng)保持不變，設(shè)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里為正，求小球6從

Bq2

C點(diǎn)進(jìn)入CD邊界右側(cè)區(qū)域到再次回到CD所在直線所用的時(shí)間（用辦表示）及再次回

到CD所在直線的位置到C點(diǎn)的距離。

圖乙

22.湯姆孫為了證明陰極射線是帶電粒子流以及在測(cè)量陰極射線的比荷包時(shí)，做了如

m

下實(shí)驗(yàn)：在陰極射線管中添加了兩塊水平正對(duì)放置間距/,邊長(zhǎng)也為/的正方形金屬

板。正方體空間內(nèi)加上垂直于面湖〃向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為8的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)射

線恰好從上金屬板的邊緣射出并打到M點(diǎn)。為了抵消陰極射線的偏轉(zhuǎn)，給金屬板加上

電壓U后，射線恰好打到P點(diǎn)。（粒子重力忽略不計(jì)，粒子的入射方向沿正方體左右

兩側(cè)面中心的連線，連線過P點(diǎn)）

（1）陰極射線帶哪一種電荷，哪一塊金屬板的電勢(shì)高；

（2）陰極射線的比荷幺。

m

參考答案:

1.c

【解析】

AB.金屬材料中，定向移動(dòng)的是自由電子，因?yàn)樽杂呻娮佣ㄏ蛞苿?dòng)的方向與電流方向相

反，由左手定則可知，電子聚集在上表面，上表面的電勢(shì)低，AB錯(cuò)誤；

CD.最終電子受到的電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，由平衡條件可得

e'-=evB

d

電流的微觀表達(dá)式為

1=nevS

解得

IBd

=—（S為左側(cè)面的截面積）

nqS

故僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，霍爾電壓將變大，D錯(cuò)誤，C正確；

故選C。

2.B

【解析】

A.設(shè)回旋加速器D形盒的半徑為R,質(zhì)子獲得的最大速度為根據(jù)牛頓第二定律有

2

v三

01R

解得

BeR

②

m

質(zhì)子的最大動(dòng)能為

口12B2dR2

2m

由③式可知Efon與交流電壓U無關(guān)，只增大交流電壓U,質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能不變，故A

錯(cuò)誤；

CD.質(zhì)子每個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)被加速兩次，交流電源每個(gè)周期方向改變兩次，所以交流電源的

周期等于質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)周期，即

-2兀R2nm-

T=—=?、?/p>

%Be

所以

/=-=—⑤

T2Tm

由⑤式可知若磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大，交流電頻率/必須適當(dāng)增大才能正常工作，且由于a粒

答案第12頁，共16頁

子和質(zhì)子的比荷不同，所以不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度2和交流電頻率力該回旋加速器不能用于

加速a粒子，故CD錯(cuò)誤；

B.設(shè)質(zhì)子在回旋加速器中加速的次數(shù)為小根據(jù)動(dòng)能定理有

neU=%

解得

質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)行時(shí)間為

由⑧式可知若只增大交流電壓U,則質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)行時(shí)間會(huì)變短，故B正確。

故選B。

3.B

【解析】

A.根據(jù)公式

qvB=m—

故最大動(dòng)能

與加速電壓無關(guān)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；

B.由左手定則知正離子向下偏轉(zhuǎn)，負(fù)離子會(huì)向上偏轉(zhuǎn)，所以A板是電源負(fù)極，B板是電源

正極；選項(xiàng)B正確；

C.電場(chǎng)的方向與3的方向垂直，帶電粒子進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)，受電場(chǎng)力和安培力，且二力是平

衡力，即

V=一

不管粒子帶正電還是帶負(fù)電都可以勻速直線通過，所以無法判斷粒子的電性，選項(xiàng)C錯(cuò)

誤；

D.若載流子帶負(fù)電，由左手定則可知，負(fù)粒子向C端偏轉(zhuǎn)，所以穩(wěn)定時(shí)C板電勢(shì)低，選

答案第13頁，共16頁

項(xiàng)D錯(cuò)誤。

故選B。

4.B

【解析】

粒子在加速電場(chǎng)中加速，由動(dòng)能定理得

1,

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

V2

qvB=m——

r

解得

_1\2mU

DD——1-------

Tq

磁感應(yīng)強(qiáng)度之比

-V2e=

1l2mU~1

13廣\

rVe

故B正確，ACD錯(cuò)誤。

故選B。

5.B

【解析】

設(shè)速度選擇器的板間距和板長(zhǎng)都是L,電場(chǎng)強(qiáng)度為E,磁感應(yīng)強(qiáng)度為3,粒子質(zhì)量為如電

荷量為q.

在速度選擇器中，有

qE=qvB

速度是

E

v=一

B

在電場(chǎng)中類平拋時(shí)，有

L=vt

L\qE2

22m

得到粒子的比荷是

q_E

“7—LB2

答案第14頁，共16頁

在磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，有

nm^2

qvB=-----

r

得至IJ

mv

r=——=LT

qB

作出圓周運(yùn)動(dòng)軌跡，有

r-rcosd=-L

2

得至!J

6=60。

根據(jù)平拋時(shí)

L=vt

圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)

60°c107,

-------2兀丫=-?2TIL=vt

3600----------6

得至

=3：7T

故選B。

?Iib

【解析】

假設(shè)粒子帶正電，則所受電場(chǎng)力向下，由左手定則知所受洛倫茲力方向向上，由受力分析

結(jié)合運(yùn)動(dòng)軌跡知

qvB>qE

則

E

v>——

B

運(yùn)動(dòng)過程中洛倫茲力不做功，電場(chǎng)力做負(fù)功，則粒子速度減?。蝗袅Ｗ訋ж?fù)電，所受電場(chǎng)

力向上，則由左手定則知所受洛倫茲力方向向下，由受力分析結(jié)合運(yùn)動(dòng)軌跡知

答案第15頁，共16頁

qvB<qE

則

運(yùn)動(dòng)過程中洛倫茲力不做功，電場(chǎng)力做正功，則粒子速度增大，選項(xiàng)ACD錯(cuò)誤，B正確。

故選B。

7.C

【解析】

BC.粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，則有

V2

qvB=m——

R

R=—

qB

被加速的粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的最大半徑為D形盒半徑R,最大動(dòng)能為

與加速電壓無關(guān)；增大磁感應(yīng)強(qiáng)度8,粒子被加速后獲得的最大動(dòng)能增大，B錯(cuò)誤，C正

確；

A.由以上分析可知，增大電壓U,粒子在D形盒中的運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能很快達(dá)到最大，可知粒

子在D形盒中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間將變小，A錯(cuò)誤；

D.由粒子在D形盒中的運(yùn)動(dòng)的周期等于高頻交流加速電源的周期，則有

=皿

電qB

f__1_qB

/*—/=———-------

J電/T2^m

交流電源的頻率與粒子的速度無關(guān)，D錯(cuò)誤。

故選Co

8.C

【解析】

A.油滴在重力作用下下落，獲得速度后將受到洛倫茲力作用，根據(jù)大致軌跡結(jié)合洛倫茲

力方向可判斷油滴帶正電，故A錯(cuò)誤；

B.將油滴的運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)，一個(gè)是水平向右的勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度大小滿足

mg=qvB

受力滿足二力平衡，另一個(gè)是初速度方向向左，大小為v的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，受到的洛倫茲

力為qvB,兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合成軌跡將是一個(gè)旋輪線，故B錯(cuò)誤；

C.油滴到b點(diǎn)時(shí)，重力做功最多，速度最大，正好是勻速圓周運(yùn)動(dòng)分運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)，速

答案第16頁，共16頁

度大小為

2v*

qB

方向水平向右，故C正確；

D.在6點(diǎn)時(shí)的洛倫茲力大小為2/2、方向豎直向上，重力大小為"火，二力合力向上，有

2qvB—mg=mg

加速度大小為g,方向向上，故不可能沿水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤。

故選C。

9.C

【解析】

A.圖甲是回旋加速器中粒子從出口處出來的速度由半徑R決定，與加速電壓無關(guān)，選項(xiàng)

A錯(cuò)誤；

B.圖乙是靜電除塵裝置，A應(yīng)接高壓電的負(fù)極，B接高壓電的正極，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；

C.圖丙是磁電式電表，指針偏轉(zhuǎn)是通電線圈受安培力作用的結(jié)果，選項(xiàng)C正確；

D.圖丁是磁流體發(fā)電機(jī)，當(dāng)閉合開關(guān)S時(shí)，根據(jù)左手定則可知A板帶正電，則電流由。

經(jīng)電阻R流向6,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

故選Co

10.B

【解析】

AB.根據(jù)公式

v2

qvB=m——

R

故最大動(dòng)能為

則粒子從D形盒射出時(shí)的動(dòng)能與加速電場(chǎng)的電壓無關(guān)；增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可增大帶

電粒子射出時(shí)的動(dòng)能，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；

C.加速電場(chǎng)的變化周期等于粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期，即

2兀m

1-------

qB

與粒子速度大小無關(guān)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；

D.根據(jù)

27m

1=------

qB

因質(zhì)子（:H）和a粒子（；He）在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期不同，則用同一回旋加速器不可以同

答案第17頁，共16頁

時(shí)加速質(zhì)子（田）和a粒子（；He）,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

故選B。

11.AC

【解析】

AB.回旋加速器是利用電場(chǎng)對(duì)粒子進(jìn)行加速和磁場(chǎng)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，故A正確，B錯(cuò)誤;

CD.根據(jù)

V2

qvB=m——

R

得，最大速度

m

則最大動(dòng)能

知同一粒子，回旋加速器的半徑越大，獲得的動(dòng)能越大，與交流電壓的電壓和頻率無關(guān),

故C正確，故D錯(cuò)誤。

故選ACo

12.ABC

【解析】

A.由題意正電粒子能從左向右勻速通過，豎直向上的洛倫茲力與豎直向下的電場(chǎng)力相平

衡；若負(fù)電粒子從左向右通過時(shí)，豎直向下的洛倫茲力也能與豎直向上的電場(chǎng)力相平衡，

原因是粒子的速度沒有變化，故A正確；

B.由題意正電粒子能從左向右勻速通過，豎直向上的洛倫茲力與豎直向下的電場(chǎng)力相平

衡，即有：

qE=Bqvo

解得：

E

上萬

可知平衡條件與電荷量的多少無關(guān)，因此帶電量為%的粒子同樣也能勻速通過，故B正

確；

C.由題意正電粒子能從左向右勻速通過，豎直向上的洛倫茲力與豎直向下的電場(chǎng)力相平

衡，即有：

qE=Bqvo

解得：

答案第18頁，共16頁

當(dāng)電場(chǎng)與磁場(chǎng)方向與原來相反時(shí)，沒有影響平衡條件，所以也能勻速通過。故c正確；

D.若粒子仍以速率V從右側(cè)的。，點(diǎn)沿。。方向射入，粒子受到的豎直向下的電場(chǎng)力與豎

直向下的洛倫茲力就不能平衡，因此不能勻速通過。故D錯(cuò)誤；

故選ABCo

14.BC

【解析】

A.海水向東流動(dòng)的過程中，正電荷受到的洛倫茲力的方向指向而負(fù)電荷受到的洛倫

茲力的方向指向M所以/側(cè)聚集正電荷，M側(cè)的電勢(shì)高，A錯(cuò)誤；

B.開關(guān)S斷開時(shí)，設(shè)海水中的電荷所帶的電荷量為q,當(dāng)其所受的洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡

時(shí)，M、N兩端的電壓U保持恒定，有

qvB=qli

解得

U=Bdv

B正確；

C.開關(guān)S閉合后，海水所受的摩擦阻力恒為力設(shè)開關(guān)S閉合后管道內(nèi)海水受到的安培力

為F安,發(fā)電管道進(jìn)出口兩端壓力差

F=f+F安

有

入=片+/+是,Bld

根據(jù)閉合電路歐姆定律有

u

R+r

解得

C正確；

D.電阻R上的功率為

D錯(cuò)誤。

故選BC。

22mU

15.運(yùn)動(dòng)水平向右

Bq

【解析】

答案第19頁，共16頁

(1)洛倫茲力是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用。

根據(jù)左手定則可知粒子所受洛倫茲力的方向水平向右。

(2)設(shè)粒子經(jīng)過加速后獲得速度大小為v,根據(jù)動(dòng)能定理有

12

qUTT=—mv

設(shè)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r,根據(jù)牛頓第二定律有

v2

qvB-m——

聯(lián)立解得

B

。、A兩點(diǎn)間的距離為

XOA=2r=~^

⑹⑴反與，方向豎直向上；⑵魯;⑶相=宇+等

2g3萬g

【解析】

(1)要使帶正電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則有

qE]=mg

解得

方向豎直向上;

(2)設(shè)場(chǎng)強(qiáng)為24時(shí)加速度為由,場(chǎng)強(qiáng)為4時(shí)加速度為電，粒子第一次穿過x軸的水平速

度為匕1有

所用時(shí)間

則有

解得

1

%=g，%=-^

答案第20頁，共16頁

T時(shí)刻射入的粒子第一次穿過X軸的水平速度

粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則有

2

Bqv=m—

Qr

%

解得

mv4v

r-oo

Bq371g

__2兀m_8%

「Bq-3g

所以

23g

h=ti=—

g

%=t\+t1+t3

3g

iI

寸非⑺+5的⑴

3兀g

_8片

%=%+X?-%3=-----

-3兀g

所以位置坐標(biāo)為［就,。)

(3)設(shè)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)與水平方向夾角為。，則進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度

。=工

sin。

所以此時(shí)圓周運(yùn)動(dòng)半徑

/二叫

Bqsin0

入射點(diǎn)和出射點(diǎn)之間的距離

答案第21頁，共16頁

in"鬻畸

由此可知每次入射點(diǎn)和出射點(diǎn)之間的距離為一個(gè)定值

且由分析可得,在電場(chǎng)中的水平方向的運(yùn)動(dòng)合起來可看作一勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所以

①若w為奇數(shù)，有

4(〃-1)說

3汽g

②若〃為偶數(shù)，有

17.低于evB

【解析】

(1)電子向左做定向移動(dòng)，由左手定則知電子所受洛倫茲力的方向向上，故上側(cè)面A聚

集電子，下側(cè)面A，聚集正電荷，上側(cè)面A的電勢(shì)低于下側(cè)面A，的電勢(shì)

(2)電子所受洛倫茲力的大小

F咨=evB

(3)根據(jù)

F=Ee=^-e

電h

(4)當(dāng)A、A，間電勢(shì)差穩(wěn)定時(shí)

evB=e—

h

故

U=Bhv

18.磁場(chǎng)電場(chǎng)qU巳1心bm匕U比荷

B\q

【解析】

略

答案第22頁，共16頁

【解析】

由動(dòng)能定理知qU=；/m，2,則粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為丫=廬1,由于粒子在磁場(chǎng)

/Vm

中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為r=w=巫，所以打在底片上的位置到S3的距離為］巫

qBB\qBq

2

20.(1)yX10-5T;(2)2.85xio-2s

【解析】

(1)粒子在電場(chǎng)中加速，則由動(dòng)能定理得

Eqx=~mv2

解得

v=400m/s

設(shè)粒子進(jìn)入三角形區(qū)域勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)半徑為R/,帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡

如圖所示。

Ri=—=0.6m

2

由

qvBi=m——

代入數(shù)據(jù)得

2

8/=-xl(F5T

3

答案第23頁，共16頁

（2）設(shè)帶電粒子進(jìn)入外部磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)半徑為由題可知

&=32/=2xl（F5T

又

v2

qvB2—nt—

氏2

則

7?2=—=0.2m

3

粒子在由0-C過程中做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由公式

1

x—~Vt]

得至U

力=0.01s

粒子在磁場(chǎng)為中的周期為

2兀m

O=F-=9x10—3§

qBi

則在磁場(chǎng)8/中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為

t2=-Ti=3xl0~3s

3

在磁場(chǎng)史中的周期為

2兀m

乃=七-=3x10—3$

泡

在磁場(chǎng)史中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為

180+300+180丁__1八-&

t3=--------------乃=5.5x103s

360

則粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為

￡=20+/2+右=2.85乂1（）-25

21⑴￡=吧.（2）E=3〃（〃記一耳＞）乙18%；］Bq/卜（叫g(shù)-gd值

2%，P28ml2y叫

7d

t=-,一

4°2

【解析】

（1）碰后小球6恰好做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，說明此時(shí)的重力與電場(chǎng)力平衡，則

E2q2=m2g

解得

答案第24頁，共16頁

（2）由題意可知，小球b做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的*軌跡半徑為

設(shè)小球b碰后的速度為匕，由牛頓第二定律可得