高中物理 磁場（三）帶電粒子在復(fù)合場中運動的應(yīng)用實例鞏固訓(xùn)練

1、帶電粒子在復(fù)合場中運動的應(yīng)用實例鞏固訓(xùn)練1經(jīng)過回旋加速器加速后，帶電粒子獲得的動能()A與D形盒的半徑無關(guān) B與高頻電源的電壓無關(guān)C與兩D形盒間的縫隙寬度無關(guān) D與勻強磁場的磁感應(yīng)強度無關(guān)2. (多選) 如圖所示是磁流體發(fā)電機的原理示意圖，金屬板M、N正對平行放置，且板面垂直于紙面，在兩極板之間接有電阻R.在極板間有垂直于紙面向里的勻強磁場。當(dāng)?shù)入x子束(分別帶有等量正、負(fù)電荷的離子束)從左向右進(jìn)入極板時，下列說法中正確的是()AN板的電勢高于M板的電勢 BM板的電勢高于N板的電勢CR中有由b向a方向的電流 DR中有由a向b方向的電流3在回旋加速器內(nèi)，帶電粒子在半圓形盒內(nèi)經(jīng)過半個圓周所需要的時間

2、與下列量有關(guān)的是()A帶電粒子運動的速度 B帶電粒子運動的軌跡半徑C帶電粒子的質(zhì)量和電荷量 D帶電粒子的電荷量和動量4. 如圖所示，沿直線通過速度選擇器的正離子從狹縫S射入磁感應(yīng)強度為B2的勻強磁場中，偏轉(zhuǎn)后出現(xiàn)的軌跡半徑之比為R1R212，則下列說法正確的是()A離子的速度之比為12 B離子的電荷量之比為12C離子的質(zhì)量之比為12 D以上說法都不對5(雙選) 磁流體發(fā)電機原理如圖所示，等離子體以v高速從左向右噴射，兩極板間有如圖方向的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，兩板間距為d.則下列說法正確的是()A該發(fā)電機上板為正極 B該發(fā)電機上板為負(fù)極C兩板間最大電壓為UBdv D兩板間最大電壓為UEd6.

3、 如下圖所示為質(zhì)譜儀測定帶電粒子質(zhì)量的裝置的示意圖速度選擇器(也稱濾速器)中場強E的方向豎直向下，磁感應(yīng)強度B1的方向垂直紙面向里，分離器中磁感應(yīng)強度B2的方向垂直紙面向外在S處有甲、乙、丙、丁四個一價正離子垂直于E和B1入射到速度選擇器中，若m甲m乙m丙m丁，v甲v乙v丙v丁，在不計重力的情況下，則分別打在P1、P2、P3、P4四點的離子分別是()A甲、乙、丙、丁 B甲、丁、乙、丙C丙、丁、乙、甲 D甲、乙、丁、丙7. 一種測量血管中血流速度儀器的原理如圖所示，在動脈血管左右兩側(cè)加有勻強磁場，上下兩側(cè)安裝電極并連接電壓表，設(shè)血管直徑是2.0 mm，磁場的磁感應(yīng)強度為0.080 T，電壓表測出

4、的電壓為0.10 mV，則血流速度大小為()A0.315 m/s B0.625 m/s C1.25 m/s D2.50 m/s8在回旋加速器中()A電場用來加速帶電粒子，磁場則使帶電粒子回旋B電場和磁場同時用來加速帶電粒子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能越大D同一帶電粒子獲得的最大動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)9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交流電極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底面的勻強磁場中，要增大帶電粒子射出時的動能，下列

5、說法中正確的是()A增大勻強電場間的加速電壓 B增大磁場的磁感應(yīng)強度C減小狹縫間的距離 D增大D形金屬盒的半徑10如圖所示是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為B和E.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A1A2.平板S下方有磁感應(yīng)強度為B0的勻強磁場下列表述正確的是()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方向垂直紙面向外C能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于E/BD粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小11. 在翻蓋手機中，經(jīng)常用霍爾元件來控制翻蓋時開啟或關(guān)閉運行程序如圖是霍爾

6、元件示意圖，磁場方向垂直于霍爾元件工作面，通入圖示方向的電流I，MN兩端會形成電勢差UMN，下列說法正確的是()A電勢差UMN僅與材料有關(guān) B若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢差UMN<0C僅增大M、N間的寬度，電勢差UMN減小 D通過控制磁感應(yīng)強度可以改變電勢差UMN12. 勞倫斯和利文斯設(shè)計出回旋加速器，工作原理示意圖如圖4所示置于高真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可忽略磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場與盒面垂直，高頻交流電頻率為f，加速電壓為U.若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子質(zhì)量為m、電荷量為q，在加速器中被加速，且加速過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力的影響則下列說法

7、正確的是 () A質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2RfB質(zhì)子離開回旋加速器時的最大動能與加速電壓U成正比C質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為1D不改變磁感應(yīng)強度B和交流電頻率f，該回旋加速器的最大動能不變13. 質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖所示，離子源S產(chǎn)生一個質(zhì)量為m，電荷量為q的正離子，離子產(chǎn)生出來時的速度很小，可以看作是靜止的，離子產(chǎn)生出來后經(jīng)過電壓U加速，進(jìn)入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，沿著半圓運動而達(dá)到記錄它的照相底片P上，測得它在P上的位置到入口處S1的距離為x，則下列說法正確的是()A若某離子經(jīng)上述裝置后測得它在P上的位置

8、到入口處S1的距離大于x，則說明離子的質(zhì)量一定變大B若某離子經(jīng)上述裝置后測得它在P上的位置到入口處S1的距離大于x，則說明加速電壓U一定變大C若某離子經(jīng)上述裝置后測得它在P上的位置到入口處S1的距離大于x，則說明磁感應(yīng)強度B一定變大D若某離子經(jīng)上述裝置后測得它在P上的位置到入口處S1的距離大于x，則說明離子所帶電荷量q可能變小14目前有一種磁強計，用于測定地磁場的磁感應(yīng)強度，磁強計的原理如圖所示，電路有一段金屬導(dǎo)體，它的橫截面是寬為a、高為b的長方形，放在沿y軸正方向的勻強磁場中，導(dǎo)體中通有沿x軸正方向、大小為I的電流已知金屬導(dǎo)體單位體積中的自由電子數(shù)為n，電子電荷量為e，金屬導(dǎo)電過程中，自由

9、電子所做的定向移動可視為勻速運動，兩電極M、N均與金屬導(dǎo)體的前后兩側(cè)接觸，用電壓表測出金屬導(dǎo)體前后兩個側(cè)面間的電勢差為U.則磁感應(yīng)強度的大小和電極M、N的正負(fù)為()A. ，M 正、N 負(fù) B. ，M 正、N 負(fù)C. ，M 負(fù)、N 正 D. ，M 負(fù)、N 正15. 如圖所示，一段長方體形導(dǎo)電材料，左右兩端面的邊長都為a和b，內(nèi)有帶電量為q的某種自由運動電荷導(dǎo)電材料置于方向垂直于其前表面向里的勻強磁場中，內(nèi)部磁感應(yīng)強度大小為B.當(dāng)通以從左到右的穩(wěn)恒電流I時，測得導(dǎo)電材料上、下表面之間的電壓為U，且上表面的電勢比下表面的低、由此可得該導(dǎo)電材料單位體積內(nèi)自由運動電荷數(shù)及自由運動電荷的正負(fù)分別為 ()。

10、A. ，負(fù)B. ，正C. ，負(fù)D. ，正16速度相同的一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后分成甲、乙兩束，其運動軌跡如圖所示，其中S0AS0C，則下列相關(guān)說法中正確的是 ()。A甲束粒子帶正電，乙束粒子帶負(fù)電B甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷C能通過狹縫S0的帶電粒子的速率等于D若甲、乙兩束粒子的電荷量相等，則甲、乙兩束粒子的質(zhì)量比為3217. (多選) 如圖為某磁譜儀部分構(gòu)件的示意圖圖中，永磁鐵提供勻強磁場，硅微條徑跡探測器可以探測粒子在其中運動的軌跡宇宙射線中有大量的電子、正電子和質(zhì)子當(dāng)這些粒子從上部垂直進(jìn)入磁場時，下列說法正確的是()A電子與正電子的偏轉(zhuǎn)方向一定不同B電子與正電子在磁場中運動軌跡的

11、半徑一定相同C僅依據(jù)粒子運動軌跡無法判斷該粒子是質(zhì)子還是正電子D粒子的動能越大，它在磁場中運動軌跡的半徑越小18.(多選)用來加速帶電粒子的回旋加速器,其核心部分是兩個D形金屬盒。在加速帶電粒子時,兩金屬盒置于勻強磁場中,兩盒分別與高頻電源相連,帶電粒子在磁場中運動的動能Ek隨時間t的變化規(guī)律，如圖所示。忽略帶電粒子在電場中的加速時間,則下列判斷正確的是() A. 伴隨粒子動能變大,應(yīng)有(t2-t1)>(t3-t2)>(t4-t3)B. 高頻電源的變化周期應(yīng)該等于(tn-tn-1)C. 高頻電源的變化周期應(yīng)該等于2(tn-tn-1)D. 要想粒子獲得的最大動能增大,可增加D形盒的半

12、徑19. (多選) 如圖所示,導(dǎo)電物質(zhì)為電子的霍爾元件位于兩串聯(lián)線圈之間,線圈中電流為I,線圈間產(chǎn)生勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小B與I成正比,方向垂直于霍爾元件的兩側(cè)面,此時通過霍爾元件的電流為IH,與其前后表面相連的電壓表測出的霍爾電壓UH滿足:UH=k,式中k為霍爾系數(shù),d為霍爾元件兩側(cè)面間的距離。電阻R遠(yuǎn)大于RL,霍爾元件的電阻可以忽略,則( ) A. 霍爾元件前表面的電勢低于后表面 B. 若電源的正負(fù)極對調(diào),電壓表將反偏C. IH與I成正比 D. 電壓表的示數(shù)與RL消耗的電功率成正比20. 如圖，質(zhì)量為m、電量為e的電子的初速度為零，經(jīng)電壓為U的加速電場加速后進(jìn)入磁感應(yīng)強度為B的偏轉(zhuǎn)磁場(

13、磁場方向垂直紙面)，其運動軌跡如圖所示以下說法中正確的是()A加速電場的場強方向向上B偏轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向里C電子在電場中運動和在磁場中運動時，加速度都不變，都是勻變速運動D電子在磁場中所受洛倫茲力大小為f21. 利用如圖所示的方法可以測得金屬導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n，現(xiàn)測得一塊橫截面為矩形的金屬導(dǎo)體的寬為b，厚為d，并加有與側(cè)面垂直的勻強磁場B，當(dāng)通以圖示方向電流I 時，在導(dǎo)體上、下表面間用電壓表可測得電壓為U.已知自由電子的電荷量為e，則下列判斷正確的是()A上表面電勢高B下表面電勢高C該導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為D該導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為22. 如圖所示，M、

14、N為簡化的磁流體發(fā)電機的兩個水平極板，相距d=0.2m，板間有垂直 于紙面向外的勻強磁場，B=1.0T。外電路巾可變負(fù)載電阻R的最大阻值為10，電離 氣體（含有大量的正、負(fù)帶電粒子，且不計重力以速率V=1100 m s平行極板由左向右射入，極板間電離氣體的等效內(nèi)阻r=l斷開開關(guān)S，穩(wěn)定之后，下列說法正確的是（） AM板電勢高于N板電勢B該發(fā)電機的電動勢為220 VC該發(fā)電機的電動勢是由靜電力做功產(chǎn)生的D若閉合開關(guān)s，負(fù)載電阻R=10時發(fā)電機輸出功率最大23. 質(zhì)譜儀原理如圖所示，a為粒子加速器，電壓為U1；b為速度選擇器，磁場與電場正交，磁感應(yīng)強度為B1

15、，板間距離為d；c為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強度為B2.今有一質(zhì)量為m、電荷量為e的正粒子(不計重力)，經(jīng)加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進(jìn)入分離器后做勻速圓周運動。求：(1) 粒子的速度v為多少？(2) 速度選擇器的電壓U2為多少？(3) 粒子在B2磁場中做勻速圓周運動的半徑R為多大？24電視機的顯像管中，電子束的偏轉(zhuǎn)是用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)實現(xiàn)的電子束經(jīng)過電壓為U的加速電場后，進(jìn)入一圓形勻強磁場區(qū)域，如圖所示磁場方向垂直于圓面磁場區(qū)的中心為O，半徑為r.當(dāng)不加磁場時，電子束將通過O點而打到屏幕的中心M點為了讓電子束射到屏幕邊緣P，需要加磁場，使電子束偏轉(zhuǎn)一已知角度，此時磁場的磁感應(yīng)強度B應(yīng)為多少？(

16、已知電子的質(zhì)量為m、電荷量為e)25回旋加速器D形盒中央為質(zhì)子流，D形盒的交流電壓為U，靜止質(zhì)子經(jīng)電場加速后，進(jìn)入D形盒，其最大軌道半徑為R，磁場的磁感應(yīng)強度為B，質(zhì)子質(zhì)量為m。求：(1) 質(zhì)子最初進(jìn)入D形盒的動能多大；(2) 質(zhì)子經(jīng)回旋加速器最后得到的動能多大；(3) 交流電源的頻率是多少。26. 質(zhì)譜儀是用來測定帶電粒子質(zhì)量的一種裝置，如下圖所示，電容器兩極板相距為d，兩板間電壓為U，極板間的勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B1，方向垂直紙面向外一束電荷量相同質(zhì)量不同的帶正電的粒子沿電容器的中線平行于極板射入電容器，沿直線穿過電容器后進(jìn)入另一磁感應(yīng)強度為B2的勻強磁場，方向垂直紙面向外結(jié)果分別打在感

17、光片上的a、b兩點，設(shè)a、b兩點之間距離為x，粒子所帶電荷量為q，且不計重力求：(1) 粒子進(jìn)入磁場B2時的速度v；(2) 打在a、b兩點的粒子的質(zhì)量之差m.27. 1932年，勞倫斯和利文斯設(shè)計出了回旋加速器回旋加速器的工作原理如右圖所示，置于高真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可以忽略不計磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場與盒面垂直A處粒子源產(chǎn)生的粒子，質(zhì)量為m、電荷量為q，在加速器中被加速，加速電壓為U.加速過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力作用。(1) 求粒子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比；(2) 求粒子從靜止開始加速到出口處所需的時間t.28. 如圖所示

18、，磁流體發(fā)電機的極板相距d0.2 m，極板間有垂直于紙面向里的勻強磁場，B1.0 T外電路中可變負(fù)載電阻R用導(dǎo)線與極板相連電離氣體以速率v1 100 m/s沿極板射入，極板間電離氣體等效內(nèi)阻r0.1 ，試求此發(fā)電機的最大輸出功率為多大？29. 一種稱為“質(zhì)量分析器”的裝置如圖所示。A表示發(fā)射帶電粒子的離子源，發(fā)射的粒子在加速管B中加速，獲得一定速率后于C處進(jìn)入圓形細(xì)彎管（四分之一圓?。?，在磁場力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，然后進(jìn)入漂移管道D。若粒子質(zhì)量不同、或電量不同、或速率不同，在一定磁場中的偏轉(zhuǎn)程度也不同。如果偏轉(zhuǎn)管道中心軸線的半徑一定，磁場的磁感應(yīng)強度一定，粒子的電荷和速率一定，則只有一定質(zhì)量的粒子

19、能自漂移管道D中引出。已知帶有正電荷q=1.6×10-19的磷離子質(zhì)量為m=51.1×10-27kg，初速率可認(rèn)為是零，經(jīng)加速管B加速后速率為v=7.9×105m/s。求（都保留一位有效數(shù)字）： 加速管B兩端的加速電壓應(yīng)為多大？ 若圓形彎管中心軸線的半徑R=0.28m，為了使磷離子自漂移管道引出，則圖中虛線所圍正方形區(qū)域內(nèi)應(yīng)加磁感應(yīng)強度為多大的勻強磁場？答案與解析1.【答案】BC【解析】由R，Ekmv2m，R為回旋加速器中D形盒的半徑。2.【答案】BD3.【答案】C【解析】 回旋加速器D形盒內(nèi)有勻強磁場，帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，經(jīng)過半個圓周時間t為周期T的

20、 ，又因為T，所以t，故經(jīng)過半個圓周所需時間與 有關(guān)，與速度無關(guān)，故C正確，A、B、D錯誤。5.【答案】AC6.【答案】 B【解析】在速度選擇器中有：EqB1qv，即滿足vE/B1，因為E和B1都是定值，所以只允許速度為v的帶電粒子通過。若速度大于v則洛倫茲力大于電場力，打在上極板上，即P2為??；同理P1為甲、乙和丙速度相同，在磁場內(nèi)偏轉(zhuǎn)，因為r，質(zhì)量大的偏轉(zhuǎn)半徑r大，即P3為乙，P4為丙所以選B.7.【答案】 B【解析】 血液中的運動電荷在洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn)，在血管壁上聚集，在血管內(nèi)形成一個電場，其方向與磁場方向垂直，運動電荷受到的電場力與洛倫茲力平衡時，達(dá)到了一種平衡狀態(tài)。qqvB，所以v

21、 m/s0.625 m/s.8.【答案】AC【解析】 電場的作用是使粒子加速，磁場的作用是使粒子回旋，故A選項正確；粒子獲得的動能Ek，對同一粒子，回旋加速器的半徑越大，粒子獲得的動能越大，故C選項正確。9.【答案】BD【解析】 當(dāng)帶電粒子的速度最大時，其運動半徑也最大，由牛頓第二定律qvBm，得v。若D形盒的半徑為R，則rR時，帶電粒子的最終動能Ekmmv2，所以要提高加速粒子射出時的動能，應(yīng)盡可能增大磁感應(yīng)強度B和加速器的半徑R。10.【答案】ABC【解析】粒子在題圖中的電場中加速，說明粒子帶正電，其通過速度選擇器時，電場力與洛倫茲力平衡，則洛倫茲力方向應(yīng)水平向左，由左手定則知，磁場的方向

22、應(yīng)垂直紙面向外，選項B正確；由EqBqv可知，vE/B，選項C正確；粒子打在膠片上的位置到狹縫的距離即為其做勻速圓周運動的直徑D，可見D越小，則粒子的比荷越大，D不同，則粒子的比荷不同，因此利用該裝置可以分析同位素，A正確，D錯誤。11.【答案】D13.【答案】D【解析】 由qUmv2，得v，x2R，所以R，x，可以看出，x變大，可能是因為m變大，U變大，q變小，B變小，故只有D對。14.【答案】C【解析】 由左手定則知，金屬中的電子在洛倫茲力的作用下將向前側(cè)面聚集，故M負(fù)、N正。由F電f，即eBev，Inevsnevab，得B。15.【答案】C【解析】由于上表面電勢低，根據(jù)左手定則判斷出自由

23、運動電荷帶負(fù)電，排除B、D兩項電荷穩(wěn)定時，所受電場力和洛倫茲力平衡，|q|q|vB 。由電流的微觀表達(dá)式知：I|q|nSv|q|nabv 。由聯(lián)立，得n，故選項C正確。16.【答案】B【解析】由左手定則可判定甲束粒子帶負(fù)電，乙束粒子帶正電，A錯；粒子在磁場中做圓周運動滿足B2qvm，即，由題意知r甲<r乙，所以甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷，B對；由qEB1qv知能通過狹縫S0的帶電粒子的速率等于，C錯；由知，D錯。17.【答案】AC【解析】 由于電子和正電子帶電性相反，若入射速度方向相同時，受力方向相反，則偏轉(zhuǎn)方向一定相反，選項A正確；由于電子和正電子的入射速度大小未知，根據(jù) r 可

24、知，運動半徑不一定相同，選項B錯誤；雖然質(zhì)子和正電子帶電量及電性相同，但是兩者的mv未知，根據(jù)r，則根據(jù)運動軌跡無法判斷粒子是質(zhì)子還是正電子，選項C正確；由Ekmv2，則r，可知粒子的動能越大，它在磁場中運動軌跡的半徑越大，選項D錯誤。18.【答案】CD【解析】 由圖可知粒子在單個D形盒內(nèi)運動的時間為tn-tn-1,由于在磁場中粒子運動的周期與速度無關(guān),所以t2-t1=t3-t2=t4-t3,選項A錯誤;高頻電源的變化周期為2(tn-tn-1),選項B錯誤,C正確;粒子從D形盒邊緣射出時動能最大,此時速率v=,增大D形盒的半徑R,可增大粒子的最大速率,選項D正確。20.【答案】D【解析】 電子向上運動，則電場場強方向應(yīng)與電子運動方向相反，向下，故A錯誤；電子進(jìn)入磁場后，向左偏轉(zhuǎn)，由左手定則知，磁場方向應(yīng)垂直紙面向外，B錯誤；電子進(jìn)入磁場后洛倫茲力不做功，但其加速度方向時刻變化，C錯誤；電場力對電子加速有eUmv，電子進(jìn)入磁