《走向高考》2013高考物理总复习 8-4电磁场在实际中的应用

8-4电磁场在实际中的应用

一、选择题

1．设回旋加速器中的匀强磁场的磁感应强度为B，粒子的质量为m，所带电荷量为q，刚进入磁场的速度为v0，回旋加速器的最大半径为R，那么两极间所加的交变电压的周期T和该粒子的最大速度v分别为()

A．T＝2πm

qB，v不超过

qBR

m B．T＝

πm

qB，v不超过

qBR

m

C．T＝2πm

qB，v不超过

qBR

2m D．T＝

πm

qB，v不超过

qBR

2m

[答案] A

[解析]粒子做匀圆周运动周期为T＝2πm

qB，故电源周期须与粒

子运动周期同步，粒子的最大速度由最大半径R决定。

2.(2012·北京西城抽样)如图是磁流体发电机的原理示意图，金属板M、N正对着平行放置，且板面垂直于纸面，在两板之间接有电阻R。在极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场。当等离子束(分别带有等量正、负电荷的离子束)从左向右进入极板时，下列说法中正确的是()

A．N板的电势高于M板的电势

B．M板的电势高于N板的电势

C．R中有由b向a方向的电流

D．R中有由a向b方向的电流

[答案]BD

[解析]根据左手定则可以判断，当等离子束(分别带有等量正、负电荷的离子束)从左向右进入极板时，正粒子向上偏转，所以M板的电势高于N板的电势，B选项正确，A选项错误；在电源外部电流从高电势流向低电势，R中有由a向b方向的电流，D选项正确，C选项错误。

3．如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S下方有强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是()

A．质谱仪是分析同位素的重要工具

B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外

C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B

D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小

[答案]ABC

[解析]本题考查质谱仪的工作原理，意在考查考生分析带电粒子在电场、磁场中的受力和运动的能力。粒子先在电场中加速，进入速度选择器做匀速直线运动，最后进入磁场做匀速圆周运动。在速度选择器中受力平衡：Eq＝q v B得v＝E/B，方向由左手定则可知磁场方向垂直纸面向外，BC正确。进入磁场后，洛伦兹力提供向心力，

由q v B0＝m v2

R得，R＝

m v

qB0，所以荷质比不同的粒子偏转半径不一样，

所以，A正确，D错。

4．如图所示，铜质导电板置于匀强磁场中，通电时铜板中电流方向向下，由于磁场的作用，则()

A．板左侧聚集较多电子，使b点电势高于a点

B．板左侧聚集较多电子，使a点电势高于b点

C．板右侧聚集较多电子，使a点电势高于b点

D．板右侧聚集较多电子，使b点电势高于a点

[答案] C

[解析]铜板导电靠的是自由电子的定向移动，电流方向向下，则电子相对磁场定向移动方向向上，根据左手定则，电子受洛伦兹力方向向右，致使铜板右侧聚集较多电子，左侧剩余较多正离子，板中逐渐形成方向向右的水平电场，直到定向移动的自由电子受到的洛伦兹力与水平电场力平衡为止，所以由于磁场的作用，整个铜板左侧电势高于右侧，即φa>φb。

5.(2012·福建福州质检)如图所示，在平行线MN、PQ之间存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面的磁场(未画出)，磁场的磁感应强度从左到右逐渐增大。一带电微粒进入该区域时，由于受到空气阻力作用，恰好能沿水平直线OO′通过该区域。带电微粒所受的重力忽略不计，运动过程带电荷量不变。下列判断正确的是()

A．微粒从左到右运动，磁场方向向里

B．微粒从左到右运动，磁场方向向外

C．微粒从右到左运动，磁场方向向里

D．微粒从右到左运动，磁场方向向外

[答案] B

[解析]微粒恰好能沿水平直线OO′通过该区域，说明q v B＝qE；微粒受到空气阻力作用，速度逐渐变小，故沿运动方向磁感应强度逐渐增大，故微粒从左向右运动；由右手定则可知，磁场方向向外，选项B对。

6.如图所示，有一混合正离子束先后通过正交电场、磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径又相同，则说明这些正离子具有相同的()

A．动能B．质量

C．电荷量D．比荷

[答案] D

[解析]设电场的场强为E，由于正离子在区域Ⅰ里不发生偏转，

则Eq＝B1q v，得v＝E

B1；当正离子进入区域Ⅱ时，偏转半径又相同，

所以R＝m v

B2q＝

m

E

B1

B2q＝

Em

B1B2q，故选项D正确。

7.

(2011·厦门模拟)回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示，它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速。两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直

到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出。如果用同一回旋加速器分别加速氚核(31H)和α粒子(42He)，比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，有()

A．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能也较大

B．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小C．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小

D．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大[答案] B

[解析]由题意知m H

mα＝

3

4，

q H

qα＝

1

2，回旋加速器交流电源的周期应

与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期相等。由T＝2πm

Bq可得

T H

Tα＝

3

2，

故加速氚核的交流电源的周期较大，因为粒子最后直到达到最大圆周

半径时通过特殊装置被引出，由R＝m v

Bq＝

2mE k

qB可得氚核和α粒子

的最大动能之比E kH

E kα＝

1

3，氚核获得的最大动能较小。故选项B正确。

8.

如图所示是质谱仪工作原理的示意图。带电粒子a、b经电压U 加速(在A点的初速度为零)后，进入磁感应强度为B的匀强磁场做匀速圆周运动，最后分别打在感光板S上的x1、x2处。图中半圆形的