第4节 质谱仪与回旋加速器-2021-2022学年高二物理课后培优练（人教版2019选择性必修第二册）

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第 4 节 质谱仪与回旋加速器
本课重点 会判断洛伦兹力的方向、方向
本课难点 会解决关于带电粒子在复合场中运动的问题
一、单选题
1.在两平行金属板间，有如图所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场。α 粒子（氦原子核）以速度
v
0从两板的
正中央垂直于电场方向和磁场方向从左向右射入，恰好能沿直线匀速通过。下列说法正确的是（　　）
A. 若电子以速度 沿相同方向射入，电子将向下偏转
B. 若质子以速度 沿相同方向射入，质子将沿直线匀速通过
C. 若质子以大于 速度沿相同方向射入，质子将向下偏转
D. 若质子以大于 的速度沿相同方向射入，质子将向上偏转
2.如图所示，电路中有一段金属导体，它的横截面是宽为 a、高为 b 的长方形，放在沿 y 轴正方向的匀强磁场中，
导体中通有沿 x 轴正方向、大小为 I 的电流，已知金属导体中单位体积的自由电子数为 n，电子电荷量为 e，金
属导电过程中，自由电子做定向移动可视为匀速运动，测出金属导体前后两个侧面间的电势差的大小为 U，则
下列说法正确的是 （ ）
A. 前侧面电势较高 B. 后侧面电势较高
C. 磁感应强度为 D. 磁感应强度的大小
3.如图所示为回旋加速器的示意图。两个靠得很近的 D 形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一质子从加速
器的
A
处开始加速。已知 D 型盒的半径为
R
，磁场的磁感应强度为
B
，高频交变电源的电压为
U
、频率为
f
，质子
质量为
m
，电荷量为
q
。下列说法不正确的是（ ）
A. 质子的最大速度不超过 2
Rf
B. 质子的最大动能为
C. 高频交变电源的频率
D. 质子的最大动能与高频交变电源的电压
U
有关，且随电压
U
增大而增加
4.如图所示，在边长为
L
的正方形
PQMN
区域内存在垂直纸面向外、磁感应强度大小为
B
的匀强磁场，在
MN
边界
放一刚性挡板，粒子能碰到挡板则能够以原速率弹回。一质量为同
m
、带电荷量为
q
的粒子以某一速度从
P
点射
入，恰好从
Q
点射出，下列说法正确的是 　　
A. 带电粒子一定带负电荷 B. 带电粒子的速度最小值为
C. 若带电粒子与挡板碰撞，则受到挡板作用力的冲量为 D. 带电粒子在磁场中运动时间可能为
的
5.电磁泵在目前的生产、科技中得到了广泛应用。如图所示，泵体是一个长方体，ab 边长为 L1，两侧端面是边
长为 L2的正方形；流经泵体内的液体密度为 ρ、在泵头通入导电剂后液体的电导率为 σ（电阻率的倒数），泵
体所在处有方向垂直向外的磁场 B，把泵体的上下两表面接在电压为 U（内阻不计）的电源上，则（ ）
A. 增大磁感应强度可获得更大的抽液高度
B. 通过泵体的电流 I＝UL1／σ
C. 泵体上表面应接电源负极
D. 增大液体的电阻率可获得更大的抽液高度
6.（多选题）利用如图所示装置可以选择一定速度范围内的带电粒子．图中板 MN 上方是磁感应强度大小为
B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，板上有两条宽度分别为2d 和d的缝，两缝近端相距为L．一群质量为 m、
电荷量为 q，具有不同速度的粒子从宽度为 2d 的缝垂直于板 MN 进入磁场，对于能够从宽度 d的缝射出的粒子，
下列说法正确的是（　　）
A．粒子带正电
B．射出粒子的最大速度为
qB(3d+L)
2m
C．保持 d和L不变，增大 B，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大
D．保持 d和B不变，增大 L，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大
7.电视机显像管的原理示意图如图所示，若偏转磁场
B
的方向垂直于纸面向外，则电子束经过磁场时的偏转方
向是（ ）
A. 向上 B. 向下 C. 向纸面内侧 D. 向纸面外侧
8.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
.
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
.
下列说法中正确的是(
)
A.
磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向内
B.
加速电场中的加速电压
U= ER
C.
磁分析器中圆心
O
2到
Q
点的距离
d=
D.
任何离子若能到达
P
点,则一定能进入收集器
9.（多选题）如图所示，甲、乙两个带等量异种电荷的粒子，以相同的速率经小孔P垂直边界 MN，进入方向垂
直纸加向外的匀强磁场中做匀速圆周运动．运动轨迹如图中虚线所示．不计粒子所受 1力、相互问作用力及空
气阻力，下列说法中正确的是（　　）
A．甲带正电荷，乙带负电荷
B．磁场中运动的时间等于乙在迸场中运动的时间
C．在磁场中运动的过程中洛伦兹力对甲的冲 f为零
D．甲中的动能大于乙的动能
10.（多选题）1922 年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖．若一束
粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是（　　）
A．该束带电粒子带负电
B．速度选择器的 P1极板带正电
C．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大
D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，荷质比
q
m
越小
11.如图，放射性元素镭衰变过程中释放αβγ 三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法中正确的是
（　　）
A．①表示 γ射线，③表示 α射线 B．②表示 β射线，③表示 α射线
C．④表示 α射线，⑤表示 γ射线 D．⑤表示 β射线，⑥表示 α射线
12.在匀强磁场中一个未知电性的带电粒子 Q1在运动途中与另一个静止的异种电性的带电粒子 Q2发生合体碰撞，
运动轨迹如图示意，不计粒子重力则（　　）
A．Q1比 Q2带电多
B．Q1比 Q2带电少
C．带电粒子运动的轨迹方向是从 b至a
D．带电粒子运动的轨迹方向无法判定
13.（多选题）如图所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿
图中所示方向喷入磁场．图中虚线框部分相当于发电机．把两个极板与用电器相连，则（　　）
A．用电器中的电流方向从 A到B
B．用电器中的电流方向从 B到A
C．若板间距及粒子的喷入速度不变，增强磁场，发电机的电动势增大
D．若磁场及板间距不变，增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大
14.如图，空间某一区域内存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子以某一初速度由 A点进入这个
区域沿直线运动，从 C点离开区域；如果这个区域只有电场，则粒子从 B点离开场区；如果这个区域只有磁场，
则粒子从 D点离开场区；设粒子在上述三种情况下，从 A到B点、A到C点和 A到D点所用的时间分别是
t1、t2和t3，比较t1、t2和t3的大小，则有（粒子重力忽略不计）（　　）
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