人教版(2019)物理选择性必修第二册1.4质谱仪与回旋加速器同步训练(word 无答案)

人教版(2019)物理选择性必修第二册
1.4质谱仪与回旋加速器同步训练
一、单项选择题（下列选项中只有一个选项满足题意）
1．如图所示为质谱仪的原理图，一束粒子流由左端平行于P 1、P 2射入，粒子沿直线通过速度选择器，已知速度选择器的电场强度为E ，磁感应强度为B 1.粒子由狭缝S 0进入匀强磁场B 2后分为三束，它们的轨道半径关系为132r r r =<，不计重力及粒子间的相互作用力，则下列说法中正确的是（ ）
A ．P 1极板带负电
B ．能通过狭缝S 0的带电粒子的速率等于1B E
C ．三束粒子在磁场B 2中运动的时间相等
D ．粒子1的比荷11
q m 大于粒子2的比荷22q m 2．在图所示的平行板器件中，电场强度E 和磁感应强度B 相互垂直。

具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。

这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫作速度选择器。

下列说法正确的是（ ）
A ．带正电的粒子在板间所受电场力方向与电场强度方向相反
B ．带负电的粒子在板间所受洛伦兹力方向与磁场方向相反
C ．只能将带正电的粒子选择出来
D ．带电粒子的速度
E v B
=时才能沿虚线射出 3．如图所示，长方形金属导体左、右、上、下、前、后六个表面分别用121212X X Y Y Z Z 、、、、、
表示，匀强磁场
垂直12Z Z 、面向外，当电流I 从1X 面流向2X 面时，导体会产生霍尔电压U H 。

若实验中导体尺寸、电流I 和磁感应强度B 保持不变，下列说法正确的是（ ）
A ．U H 存在于导体的X 1、X 2之间，且X 1面的电势高于X 2面的电势
B ．U H 存在于导体的Y 1、Y 2之间，且Y 1面的电势高于Y 2面的电势
C ．若更换金属种类，使单位体积内自由电子数增大，则U H 也会增大
D ．导体X 1、X 2两面间的电阻等于 H U I
4．如图所示，一束质量、速度和电荷量不全相等的离子，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器，进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B 束，下列说法中正确的是
A ．组成A、
B 束的粒子都带负电
B ．组成A、B 束的离子质量一定不同
C ．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
D ．A 束离子的比荷（q m 、大于B 束离子的比荷
5．2019年我国研制出了世界上最大的紧凑型强流质子回旋加速器，该回旋加速器是我国目前自主研制的能量最高的质子回旋加速器。

如图所示为回旋加速器原理示意图，现将两个相同的回旋加速器置于相同的匀强磁场中，接入高频电源。

分别加速氘核和氦核，下列说法正确的是（ ）
A．它们在磁场中运动的周期相同
B．它们的最大速度不相等
C．两次所接高频电源的频率不相同
D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能
6．如图所示，空间某处存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，一个带负电的金属小球从M点水平射入场区，经一段时间运动到M点的右下方N点，关于小球由M到N的运动，下列说法正确的是（）
A．小球可能做匀变速运动B．小球一定做变加速运动
C．小球动量可能不变D．小球机械能守恒
7．如图，一带电粒子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速圆周运动。

已知电场强度为E，方向竖直向下，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外。

粒子圆周运动的半径为R，若小球运动到最高点A时沿水平方向分裂成两个粒子1和2，假设粒子质量和电量都恰好均分，粒子1在原运行方向上做匀速圆周运动，半径变为3R，下列说法正确的是（）
A．粒子带正电荷
B．粒子分裂前运动速度大小为REB g
C．粒子2也做匀速圆周运动，且沿逆时针方向
D．粒子2做匀速圆周运动的半径也为3R
8．如图所示，足够长的竖直绝缘管内壁的粗糙程度处处相同，处于方向互相垂直的匀强电场和匀强磁场中．一带正电的小球从静止开始沿管下滑，下列小球运动速度v和时间t、小球所受弹力F N和速度v的关系图像中正确的是
A．B．
C．D．
9．如图所示，在水平匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场中，有一竖直足够长的固定绝缘杆MN，小球P套在杆上，已知P的质量为m，电量为+q，电场强度为E、磁感应强度为B，P与杆间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g．小球由静止开始下滑直到稳定的过程中（）
A．小球的加速度先增大后不变
B．小球的机械能和电势能的总和保持不变
C．下滑加速度为最大加速度一半时的速度可能是
2
2
qE mg v
qB
μ
μ
-
=
D．下滑加速度为最大加速度一半时的速度可能是
2
2
mg qE v
qB
μ
μ
-
=
10．如图所示，a、b为竖直正对放置的两平行金属板，其中a板带正电、两板间的电压为U。

在金属板下方存在一有界的匀强磁场，磁场的上边界为与两金属板下端重合的水平面PQ，PQ下方的磁场范围足够大，磁场的磁感应强
度大小为B。

一比荷为q
m
的带正电粒子以速度v0从两板中间位置沿与a、b平行方向射入两板间的偏转电场，不计
粒子重力。

粒子通过偏转电场后从PQ边界上的M点进入磁场，运动一段时间后又从PQ边界上的N点射出磁场，设M、N两点距离为x（M、N点在图中未画出）。

则以下说法中正确的是（）
A．只减小磁感应强度B的大小，则x减小
B．只增大初速度v0的大小，则x不变
C．只增大带电粒子的比荷q
m
，则x增大
D．只减小偏转电场的电压U的大小，则x不变
二、多项选择题
11．如图所示，空间存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的水平匀强磁场。

在该区域中，有一个竖直放置的光滑绝缘固定圆环，环上套有一个带正电的小球。

O点为圆环的圆心，a、b、c、d为圆环上的四个点，a点为最高点，c点为最低点，bOd沿水平方向。

已知小球重力为电场力的2倍。

现将小球从a点由静止释放，则小球（）
A．不能越过d点继续沿环向上运动
B．在c点受到的洛伦兹力比在b点受到的洛伦兹力大
C．从a点到b点过程中，重力势能减小，电势能增大
D．从c点到d点过程中，电势能变化量小于重力势能变化量
12．如图所示为一种质谱仪的工作原理示意图，此质谱仪由以下几部分构成：离子源、加速电场、静电分析器、磁分析器、收集器。

加速电场的加速压为U，静电分析器通道中心线半径为R，通道内有均匀辐射电场，在中心线处的电场强度大小为E；磁分析器中分布着方向垂直于纸面，磁感应强度为B的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行。

由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后进入静电分析器，沿中心线MN做匀速圆周运动，而后由P点进入磁分析器中，最终经过Q点进入收集器。

下列说法正确的是（）
A．磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向外
B．磁分析器中圆心O2到Q点的距离d=
C．不同粒子经相同的加速压U加速后都可以沿通道中心线安全通过静电分析器
D．静电分析器通道中心线半径为
2U R
E =
三、综合计算题
13．回旋加速器D形盒的半径为R，高频加速电压的频率为f，空间存在方向垂直D形盒、磁感应强度大小为B的匀强磁场。

用该回旋加速器加速带负电的粒子束，粒子达到最大速度后被引出，测得粒子被引出时的平均电流为I。

不计粒子的加速时间，求：
(1)粒子被引出时的最大速度v m；
(2)粒子束的输出功率P。

14．如图所示，在平面直角坐标系xOy的第一象限内存在着垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在第二象限内有垂直于y轴的两平行极板M、N，N板与x轴重合且最右端位于坐标原点O，两板间距和板长均为d，两板间加有电压U。

一粒子源沿两极板中线连续向右发射初速度为v0的带正电的同种粒子，粒子间的相互作用与重力均忽略不计。

当U MN=0时，粒子垂直于x轴离开磁场：
(1)求粒子的比荷q
m
；
(2)U MN取不同的值，粒子在磁场中运动的时间也不同，求粒子在磁场中运动的最长时间；
(3)若粒子在磁场中运动的时间最长，U MN 多大？
15．如图所示，平面直角坐标系xOy 中，第一象限内半径为R 、圆心为O'的圆形区域刚好与x 轴、y 轴相切，S 是其与x 轴的切点，Q 是其与y 轴的切点，P 是其边界上的一点，且、PO 'Q =120︒，圆形区域内有垂直坐标平面向里的匀强磁场；第二象限有沿一y 方向的匀强电场。

一个质量为m 、电荷量为+q 的带电粒子，以速度v 0从P 点垂直磁场方向沿PO '射入圆形区域，经Q 点进入第二象限，到达x 轴上M 点时速度方向与－x 方向的夹角为60︒。

不计粒子重力。

(1)求圆形区域内磁感应强度大小B 1和电场强度大小E ；
(2)求粒子从P →Q →M 运动的总时间t ；
(3)若要让粒子从M 点离开后能够沿'PO 再次进入圆形磁场，可以在x 轴下方整个区域加垂直坐标平面的匀强磁场。

求所加磁场磁感应强度B 2的大小和方向。

16．一个质量m=0.1g 的小滑块，带有q =4510C -⨯的电荷，放置在倾角30︒=α的光滑斜面上(斜面绝缘)，斜面置于B=0.5T 的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图所示小滑块由静止开始沿斜面下滑，其斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，要离开斜面问：
（1）小滑块带何种电荷？
（2）小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？
（3）该斜面的长度至少多长？。