2019年高考物理雙基突破（二）專題24帶電粒子在復合場中的實際應用精練.docx

專題24 帶電粒子在復合場中的實際應用1（多選）如圖，虛線所圍的區(qū)域內(nèi)存在電場強度為E的勻強電場和磁感應強度為B的勻強磁場。從左方水平射入的電子，穿過該區(qū)域時未發(fā)生偏轉(zhuǎn)則下列分析中可能正確的是AE豎直向上，B垂直紙面向外，電子做勻速直線通過區(qū)域BE豎直向上，B垂直紙面向里，電子做勻速直線通過區(qū)域CE和B都是沿水平方向，電子做勻減速直線運動通過區(qū)域DE和B都是沿水平方向，電子做勻加速直線運動通過區(qū)域【答案】ACD2（多選）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的勻強磁場中，如圖，要增大帶電粒子射出時的動能，則下列說法中正確的是A減小狹縫間的距離 B增大磁場的磁感應強度C增大D形金屬盒的半徑 D增大勻強電場間的加速電壓【答案】BC【解析】由qvBm，解得v.則動能Ekmv2，知最大動能與加速的電壓無關，與狹縫間的距離無關，與磁感應強度大小和D形盒的半徑有關，增大磁感應強度和D形盒的半徑，可以增加粒子的最大動能，故B、C正確，A、D錯誤。 6現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場加速，經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場。若某種一價正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速，為使它經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應強度增加到原來的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為A11B12 C121 D144【答案】D【解析】帶電粒子在加速電場中運動時，有qUmv2，在磁場中偏轉(zhuǎn)時，其半徑r，由以上兩式整理得：r。由于質(zhì)子與一價正離子的電荷量相同，B1B2112，當半徑相等時，解得：144，選項D正確。7（多選）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源相連接的兩個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，下列說法中正確的是A增加交流電的電壓 B增大磁感應強度 C改變磁場方向 D增大加速器半徑【答案】BD8一個用于加速質(zhì)子的回旋加速器，其核心部分如圖，D形盒半徑為R，垂直D形盒底面的勻強磁場的磁感應強度為B，兩盒分別與交流電源相連。下列說法正確的是A質(zhì)子被加速后的最大速度隨B、R的增大而增大B質(zhì)子被加速后的最大速度隨加速電壓的增大而增大C只要R足夠大，質(zhì)子的速度可以被加速到任意值 D不需要改變?nèi)魏瘟浚@個裝置也能用于加速粒子【答案】A【解析】由r知，當rR時，質(zhì)子有最大速度vm，即B、R越大，vm越大，vm與加速電壓無關，A對、B錯。隨著質(zhì)子速度v的增大、質(zhì)量m會發(fā)生變化，據(jù)T知質(zhì)子做圓周運動的周期會變化，所加交流電與其運動不再同步，即質(zhì)子不可能一直被加速下去，C錯。由上面周期公式知粒子與質(zhì)子做圓周運動的周期不同，故此裝置不能用于加速粒子，D錯。9（多選）如圖是質(zhì)譜儀工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場加速后，進入速度選擇器。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里C能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于D粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的荷質(zhì)比越小【答案】AC10在如圖所示的平行板器件中，電場強度E和磁感應強度B相互垂直。一帶電粒子（重力不計）從左端以速度v沿虛線射入后做直線運動，則該粒子 A一定帶正電 B速度vC若速度v，粒子一定不能從板間射出D若此粒子從右端沿虛線方向進入，仍做直線運動 【答案】B11（多選）如圖，a、b是一對平行金屬板，分別接到直流電源的兩極上，使a、b兩板間產(chǎn)生勻強電場E，右邊有一塊擋板，正中間開有一小孔d，在較大空間范圍內(nèi)存在著勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向里。從兩板左側中點c處射入一束正離子（不計重力），這些正離子都沿直線運動到右側，從d孔射出后分成三束，則下列判斷正確的是A這三束正離子的速度一定不相同B這三束正離子的比荷一定不相同Ca、b兩板間的勻強電場方向一定由a指向bD若這三束離子改為帶負電而其他條件不變，則仍能從d孔射出【答案】BCD【解析】因為三束正離子在兩極板間都是沿直線運動的，電場力等于洛倫茲力，可以判斷三束正離子的速度一定相同，且電場方向一定由a指向b，A錯誤，C正確；在右側磁場中三束正離子運動軌跡半徑不同，可知這三束正離子的比荷一定不相同，B項正確；若將這三束離子改為帶負電，而其他條件不變的情況下分析受力可知，三束離子在兩板間仍做勻速直線運動，仍能從d孔射出，D項正確。12（多選）如圖表示磁流體發(fā)電機的發(fā)電原理：將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量正離子和負離子，而從整體來說呈中性）沿圖示方向噴射入磁場，磁場中有兩塊金屬板A、B，這時金屬板上就聚集了電荷。在磁極配置如圖中所示的情況下，下列說法正確的是AA板帶負電 B有電流從b經(jīng)用電器流向aC金屬板A、B間的電場方向向下D等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是離子所受的洛倫茲力大于所受的電場力【答案】ABD13（多選）為了測量某化工廠的污水排放量，技術人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計，該裝置由絕緣材料制成，長、寬、高分別為a、b、c，左、右兩端開口，在垂直于前、后面的方向加磁感應強度為B的勻強磁場，在上、下兩個面的內(nèi)側固定有金屬板M、N作為電極，污水充滿管口地從左向右流經(jīng)該裝置時，電壓表將顯示兩個電極間的電壓U，若用Q表示污水流量（單位時間內(nèi)流出的污水體積），下列說法中正確的是A若污水中負離子較多，則N板比M板電勢高BM板電勢一定高于N板的電勢C污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)越大D電壓表的示數(shù)U與污水流量Q成正比【答案】BD【解析】污水中的帶電離子都隨水流運動，利用左手定則可以判定正離子偏轉(zhuǎn)到M板，負離子偏轉(zhuǎn)到N板，所以M板的電勢高于N板的電勢，B正確。實際中，離子在電場力和洛倫茲力的共同作用下運動，最終達到平衡，即電場力等于洛倫茲力，qBqv，求出離子隨水流移動的速度，即水流的速度，從而求出流量Qcbv，代入得U，則U與Q成正比，故D正確。14（多選）如圖6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于紙面向外C能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于D粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小【答案】ABC15（多選）回旋加速器工作原理示意圖如圖，磁感應強度為B的勻強磁場與盒面垂直，兩盒間的狹縫很小，粒子穿過的時間可忽略，它們接在電壓為U、頻率為f的交流電源上，若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子在加速器中被加速，下列說法正確的是A若只增大交流電壓U，則質(zhì)子獲得的最大動能增大B若只增大交流電壓U，則質(zhì)子在回旋加速器中運行時間會變短C若磁感應強度B增大，交流電頻率f必須適當增大才能正常工作D不改變磁感應強度B和交流電頻率f，該回旋加速器也能用于加速粒子【答案】BC【解析】當粒子從D形盒中出來時速度最大，根據(jù)qvmBm，得vm，那么質(zhì)子獲得的最大動能Ekm，則最大動能與交流電壓U無關，故A錯誤；根據(jù)T，若只增大交變電壓U，不會改變質(zhì)子在回旋加速器中運行的周期，但加速次數(shù)減少，則運行時間也會變短，故B正確；根據(jù)T，若磁感應強度B增大，那么T會減小，只有當交流電頻率f必須適當增大才能正常工作，故C正確；帶電粒子在磁場中運動的周期與加速電場的周期相等，根據(jù)T知，換用粒子，粒子的比荷變化，周期變化，回旋加速器需改變交流電的頻率才能加速粒子，故D錯誤。16如圖，一段長方體形導電材料，左右兩端面的邊長都為a和b，內(nèi)有帶電荷量為q的某種自由運動電荷。導電材料置于方向垂直于其前表面向里的勻強磁場中，內(nèi)部磁感應強度大小為B.當通以從左到右的穩(wěn)恒電流I時，測得導電材料上、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分別為A，負 B，正 C，負 D，正 【答案】A17粒子速度選擇器的原理圖如圖，兩水平長金屬板間有沿水平方向、磁感應強度為B0的勻強磁場和方向豎直向下、電場強度為E0的勻強電場。一束質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，以不同的速度從小孔O處沿中軸線射入此區(qū)域研究人員發(fā)現(xiàn)有些粒子能沿中軸線運動并從擋板上小孔P射出此區(qū)域，其他還有些帶電粒子也能從小孔P射出，射出時的速度與預期選擇的速度的最大偏差為v，通過理論分析知道，這些帶電粒子的運動可以看做沿中軸線方向以速度為v1的勻速直線運動和以速率v2在兩板間的勻強磁場中做勻速圓周運動的合運動，以速度v1運動時所受的洛倫茲力恰好和帶電粒子所受的電場力相平衡，v1、v2和v均為未知量，不計帶電粒子重力及粒子間相互作用。（1）若帶電粒子能沿中軸線運動，求其從小孔O射入時的速度v0的大小；（2）增加磁感應強度后，使帶電粒子以（1）中速度v0射入，要讓所有帶電粒子不能打到水平金屬板，兩板間距d應滿足什么條件？（3）磁感應強度為B0時，為了減小從小孔P處射出粒子速度的最大偏差量v，從而提高速度選擇器的速度分辯本領，水平金屬板的長度L應滿足什么條件？【答案】（1）（2）（3）（n1，2，3）由向心力公式有qv2B則有r（）（）2當B2B0時，半徑有最大值rm要讓所有帶電粒子都不能打到水平金屬板，應滿足2rm即d（3）要提高速度選擇器的速度分辯率，就要使不能沿中軸線運動的粒子偏離中軸線有最大的距離，圓周分運動完成半周期的奇數(shù)倍，則Lv0（2n1）（n1，2，3）圓周運動的周期T故應滿足的條件L（n1，2，3）18回旋加速器的工作原理如圖甲所示，置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間狹縫的間距為d，磁感應強度為B的勻強磁場與盒面垂直