【物理】2020届一轮复习人教版带电粒子在电磁场中运动的实例分析课时作业

【物理】2020届一轮复习人教版带电粒子在电磁场中运动的实例分析课时作业

‎2020届一轮复习人教版 带电粒子在电磁场中运动的实例分析 课时作业 ‎1．如图所示是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连。现分别加速氘核(H)和氦核(He)。下列说法中正确的是(　　)‎ A．它们的最大速度相同 B．它们的最大动能相同 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 答案　A 解析　根据qvB＝m，得v＝。两粒子的比荷相等，所以最大速度相等，故A正确；最大动能Ek＝mv2＝，两粒子的比荷相等，但电荷量不相等，所以最大动能不相等，故B错误；带电粒子在磁场中运动的周期T＝，两粒子的比荷相等，所以周期相等，做圆周运动的频率相等，因为所接高频电源的频率等于粒子做圆周运动的频率，故两次所接高频电源的频率相同，故C错误；由Ek＝可知，粒子的最大动能与加速电压的频率无关，故仅增大高频电源的频率不能增大粒子的最大动能，故D错误。‎ ‎2．速度相同的一束粒子(不计重力)由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是(　　)‎ A．该束粒子带负电 B．速度选择器的P1极板带负电 C．能通过狭缝S0的粒子的速度等于 D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S0，则粒子的比荷越小 答案　C 解析　根据该束粒子进入匀强磁场B2时向下偏转，由左手定则判断出该束粒子带正电，A错误；粒子在速度选择器中做匀速直线运动，所受电场力和洛伦兹力平衡，由左手定则知洛伦兹力方向竖直向上，则电场力方向竖直向下，因粒子带正电，故电场强度方向向下，速度选择器的P1极板带正电，B错误；粒子能通过狭缝，电场力与洛伦兹力平衡，有qvB1＝qE，得v＝，C正确；粒子进入匀强磁场B2中受到洛伦兹力做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律有qvB2＝m，得r＝，可见v、B2一定时，半径r越小，则越大，D错误。‎ ‎3. 医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 μV，磁感应强度的大小为0.040 T。则血流速度的近似值和电极a、b的正负为(　　)‎ A．1.3 m/s，a正、b负 B．2.7 m/s，a正、b负 C．1.3 m/s，a负、b正 D．2.7 m/s，a负、b正 答案　A 解析　血液中正负离子流动时，根据左手定则，正离子受到向上的洛伦兹力，负离子受到向下的洛伦兹力，所以正离子向上偏，负离子向下偏，则a带正电，b带负电。最终血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零，有q＝qvB，所以v＝＝ m/s≈1.3 m/s。故A项正确，B、C、D三项错误。‎ ‎4. 质谱仪是一种测定带电粒子的质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示。粒子源S产生一个质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，粒子的初速度很小，可以看成是静止的，粒子经过电压U加速进入磁感应强度为B的匀强磁场中，沿着半圆运动打到底片P上，测得它在P上的位置到入口处S1的距离为x，则下列说法正确的是(　　)‎ A．对于给定的带电粒子，当磁感应强度B不变时，加速电压U越大，粒子在磁场中运动的时间越长 B．对于给定的带电粒子，当磁感应强度B不变时，加速电压U越大，粒子在磁场中运动的时间越短 C．当加速电压U和磁感应强度B一定时，x越大，带电粒子的比荷越大 D．当加速电压U和磁感应强度B一定时，x越大，带电粒子的比荷越小 答案　D 解析　粒子在磁场中运动的时间t＝＝，与加速电压U 无关，A、B错误；在加速电场中由Uq＝mv2得v＝ ，在匀强磁场中由qvB＝得R＝，且R＝，联立解得＝，所以当加速电压U和磁感应强度B一定时，x越大，带电粒子的比荷越小，C错误，D正确。‎ ‎5．(多选) 如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外。一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点。不计粒子重力，下列说法中正确的是(　　) ‎ A．极板M比极板N电势高 B．加速电场的电压U＝ C．直径PQ＝2B D．若一群粒子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点，则该群粒子具有相同的比荷 答案　AD 解析　带电粒子打在胶片上Q点，由左手定则可知带电粒子带正电，在加速电场中能够加速，则极板M比极板N电势高，A正确；在静电分析器中，带电粒子做圆周运动，Eq＝m，则v为一定值，而qU＝mv2，则U＝ER，v＝，B错误；在磁分析器中，带电粒子垂直磁场进入，PQ＝2r＝＝＝ ，C错误；若一群粒子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点，即半径相同，r＝，qU＝mv2，得r＝ ，则该群粒子比荷相同，D正确。‎ ‎6．(2016·全国卷Ⅰ) 现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比约为(　　)‎ A．11 B．12 C．121 D．144‎ 答案　D 解析　设质子和离子的质量分别为m1和m2，原磁感应强度为B1，改变后的磁感应强度为B2。在加速电场中qU＝mv2　①，在磁场中qvB＝m　②，联立两式得m＝，故有＝＝144，D正确。‎ ‎7．(2014·江苏高考)(多选)如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为I，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小B与I成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为IH，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足：UH＝k，式中k为霍尔系数，d为霍尔元件两侧面间的距离。电阻R远大于RL，霍尔元件的电阻可以忽略，则(　　)‎ A．霍尔元件前表面的电势低于后表面 B．若电源的正负极对调，电压表将反偏 C．IH与I成正比 D．电压表的示数与RL消耗的电功率成正比 答案　CD 解析　由左手定则可判定，电子所受洛伦兹力指向后表面，所以霍尔元件的前表面积累正电荷，电势较高，故A错误；由电路关系可知，当电源的正、负极对调时，通过霍尔元件的电流IH和所在空间的磁场方向同时反向，前表面的电势仍然较高，故B错误；由电路可知，＝，IL＋IH＝I，则IH＝I，故C正确；RL的热功率PL＝IRL＝2RL＝ ‎，因为B与I成正比，故有：UH＝k＝k′＝k′＝k′，可得知UH与PL成正比，故D正确。‎ ‎8．(2018·陕西西安八校联考)如图甲是回旋加速器的原理示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中(磁感应强度大小恒定)，并分别与高频电源相连，加速时某带电粒子的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是(　　)‎ A．高频电源的变化周期应该等于tn－tn－1‎ B．在Ekt图象中，t4－t3＝t3－t2＝t2－t1‎ C．粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大 D．不同粒子获得的最大动能都相同 答案　B 解析　回旋加速器所加高频电源的频率与带电粒子在磁场中运动的频率相同，在一个周期内，带电粒子两次通过匀强电场而加速，故高频电源的变化周期为tn－tn－2，A项错误；带电粒子在匀强磁场中的运动周期与粒子速度无关，故B项正确；粒子加速到做圆周运动的半径等于加速器半径时，速度达到最大，即qvmaxB＝m，Ekmax＝mv＝，与加速次数无关，C项错误；不同粒子的电荷、质量不一定相同，由上式可知最大动能也不一定相同，D项错误。‎ ‎9．(2018·福建漳州二模)(多选)如图是磁流体发电机的装置，a、b组成一对平行电极，两板间距为d，板平面的面积为S，内有磁感应强度为B的匀强磁场。现持续将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，而整体呈中性)，垂直磁场喷入，每个离子的速度为v，负载电阻阻值为R，当发电机稳定发电时，负载中电流为I，则(　　)‎ A．a板电势比b板电势低 B．磁流体发电机的电动势E＝Bdv C．负载电阻两端的电压大小为Bdv D．两板间等离子体的电阻率ρ＝ 答案　BD 解析　参看磁流体发电机的装置图，利用左手定则可知，正、负微粒通过发电机内部时，带正电微粒向上偏，带负电微粒向下偏，则知a板电势比b板电势高，故A错误；当发电机稳定发电时，对微粒有F洛＝F电，即Bqv＝q，得电动势E＝Bdv，故B正确；由闭合电路欧姆定律有UR＋Ur＝E，又E＝Bdv，则负载电阻两端的电压UR99%，‎ 解得d<。‎