高中人教物理選擇性必修二課時04 質譜儀與回旋加速器（基礎練）同步專練（解析版）

1、第4課時 質譜儀與回旋加速器第一章 安培力與洛倫茲力一、單選題1 (2016全國卷)現(xiàn)代質譜儀可用來分析比質子重很多的離子,其示意圖如圖所示,其中加速電壓恒定.質子在入口處從靜止開始被加速電場加速,經勻強磁場偏轉后從出口離開磁場.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,為使它經勻強磁場偏轉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.此離子和質子的質量比約為()A.11 B.12 C.121 D.144【答案】 D【解析】 離子在電場中加速時,有qU=12mv2;離子在磁場中做勻速圓周運動,根據牛頓第二定律有qvB=mv2R;聯(lián)立以上兩式得m=qB2R22U.由題意知

2、,正離子的電量與質子的相等,加速電壓U相同,在磁場中運動的軌道半徑R相同,所以mB2,當磁感應強度增加到原來的12倍時,離子的質量是質子質量的144倍,故D正確.故選D。2 (2019吉林實驗中學模擬)利用質譜儀可以分析同位素,如圖所示,電荷量均為q的同位素碘131和碘127質量分別為m1和m2,從容器A下方的小孔S1進入電勢差為U的電場,初速度忽略不計,經電場加速后從S2射出,垂直進入磁感應強度為B的勻強磁場中,最后打到照相底片D上.則照相底片上碘131和碘127與S2之間的距離之比為()A.m1m2 B.m2m1 C.m1m2 D.m2m1【答案】D【解析】粒子在電場中加速時,有:qU=1

3、2mv2;設粒子在磁場中做勻速圓周運動的軌道半徑為R,則有:Bqv=mv2R;聯(lián)立以上兩式解得:R=1B2mUq,所以它們的距離之比為m1m2,故C正確.故選D。3(2019遼寧葫蘆島調研)在高能物理研究中,回旋加速器起著重要作用,其工作原理如圖所示.D1和D2是兩個中空、半徑固定的半圓金屬盒,它們之間有一定的電勢差,兩個半圓盒處于與盒面垂直的勻強磁場中;中央O處的粒子源產生的粒子,在兩盒之間被電場加速,粒子進入磁場后做勻速圓周運動.忽略粒子在電場中的加速時間,不考慮相對論效應,下列說法正確的是()A.粒子在磁場中運動的周期越來越大B.粒子運動半個圓周之后,電場的方向不必改變C.磁感應強度越大

4、,粒子離開加速器時的動能就越大D.兩盒間電勢差越大,粒子離開加速器時的動能就越大【答案】C【解析】粒子在磁場中運動的周期T=2mqB,與速度的大小無關,所以粒子運動的周期不變,故A錯誤;粒子運動半個圓周之后,原電場的方向與運動方向相反,為了加速粒子,電場的方向必須改變,故B錯誤;由qvB=mv2R得:v=qBRm,粒子的最大動能為:E km=12mv2=q2B2R22m,故磁場越強,粒子離開加速器時的動能就越大,與加速電壓的大小無關,故C正確,D錯誤.故選C。4(2019湖北武漢聯(lián)考)如圖所示為一種改進后的回旋加速器示意圖,其中盒縫間的加速電場場強大小恒定,且被限制在AC板間,虛線中間不需加電

5、場,帶電粒子從P0處以速度v0沿電場線方向射入加速電場,經加速后再進入D形盒中的勻強磁場做勻速圓周運動,對這種改進后的回旋加速器,下列說法正確的是()A.帶電粒子每運動一周被加速兩次B.圖中P1、P2、P3、P4間距滿足關系P1P2=P3P4C.加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關D.加速電場方向需要做周期性的變化【答案】C【解析】帶電粒子只有經過AC板間時才被加速,即帶電粒子每運動一周被加速一次,且電場的方向沒有必要改變,故選項A、D錯誤;根據軌道半徑公式r=mvqB得P1P2=2(r2-r1)=2mvqB,因為每轉一圈被加速一次,根據v22-v12=2ad知,每轉一圈,速度的變化量不等,且

6、v3-v2P3P4,故選項B錯誤;當粒子從D形盒中出來時,速度最大,根據r=mvqB知,加速粒子的最大速度與D形盒的半徑有關,故選項C正確.故選C。二、多選題5(2019陜西寶雞二模)(多選)如圖所示是醫(yī)用回旋加速器示意圖,其核心部分是兩個D形金屬盒,兩金屬盒置于勻強磁場中,并分別與高頻電源相連.現(xiàn)分別加速氘核(12H)和氦核(24He).下列說法中正確的是()A.它們的最大速度相同B.它們的最大動能相同C.兩次所接高頻電源的頻率相同D.增大高頻電源的電壓可增大粒子的最大射出動能【答案】BC【解析】A圖，由左手定則可知，導體棒受到豎直向下的安培力作用，導體棒所受合力不可能為0，選項A錯誤；B圖中的導體棒受到的安培力水平向右，導體棒所受合力可能為0，選項B正確；C圖中的導體棒受到的安培力方向沿斜面向上，導體棒所受合力可能為0，選項C正確；D圖中的導體棒受到的安培力方向沿斜面向下，導體棒受到的合力不可能為0，選項D錯誤故選BC。6(多選)如圖是磁流體發(fā)電機的示意圖,在間距為d的平行金屬板A、C間,存在磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向外的勻強磁場,兩金屬板通過導線與變阻器R相連,等離子體以速度v平行于兩金屬板垂直射入磁場.若要增大該發(fā)電機的電動勢,可采取的方法是()A