（江蘇專用版）高考物理總復(fù)習(xí) 第八章 微專題6 帶電粒子與現(xiàn)代科技的結(jié)合練習(xí)（含解析）-人教版高三物理試題

微專題6帶電粒子與現(xiàn)代科技的結(jié)合一、單項選擇題1.如圖所示是一速度選擇器,當(dāng)粒子速度滿足v0=EBA.粒子射入的速度一定是v>EB B.粒子射入的速度可能是v<C.粒子射出時的速度一定大于射入速度 D.粒子射出時的速度一定小于射入速度答案B粒子可能帶正電或負(fù)電,根據(jù)題圖可知,若粒子帶正電,則qvB>qE,v>EB,電場力做負(fù)功,粒子射出時速度小于射入速度;若粒子帶負(fù)電,則qvB<qE,v<E2.(2018昆山月考)如圖有a、b、c、d四個粒子,它們帶等量同種電荷,質(zhì)量不等有ma=mb<mc=md,以不等的速率va<vb=vc<vd進(jìn)入速度選擇器后,有兩種粒子從速度選擇器中射出進(jìn)入B2磁場。由此可判定()A.射向P1板的是a粒子 B.射向P2板的是b粒子C.射向A1的是c粒子 D.射向A2的是d粒子答案A通過在磁場中偏轉(zhuǎn)知,粒子帶正電。在速度選擇器中,有qE=qvB,v=EB,只有速度滿足一定值的粒子才能通過速度選擇器,所以只有b、c兩粒子能通過速度選擇器。a的速度小于b的速度,所以a的電場力大于洛倫茲力,a向P1板偏轉(zhuǎn),故A項正確,B項錯誤;只有b、c兩粒子能通過速度選擇器進(jìn)入磁場B2,根據(jù)r=mvqB2,知質(zhì)量大的半徑大,可知射向A3.(2018儀征中學(xué)模擬)圖甲是回旋加速器的示意圖,其核心部分是兩個D形金屬盒,D形盒與高頻電源相連,且置于垂直于盒面的勻強(qiáng)磁場中,帶電粒子在電場中的動能Ek隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示,若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.在Ek-t圖中有t4-t3<t3-t2<t2-t1B.在Ek-t圖中有Ek4-Ek3=Ek3-Ek2=Ek2-Ek1C.若粒子加速次數(shù)越多,則射出加速器的粒子動能就越大D.若加速電壓越大,則射出加速器的粒子動能就越大答案B根據(jù)周期公式T=2πmqB知,粒子的回旋周期不變,與粒子的速度無關(guān),所以t4-t3=t3-t2=t2-t1,故A錯誤;每次加速獲得的能量相同,在Ek-t圖中有Ek4-Ek3=Ek3-Ek2=Ek2-Ek1,故B正確;由qvB=mv24.(2019鹽城中學(xué)月考)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)有帶電荷量為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(qiáng)磁場中,內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)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()A.IB|q|bU,負(fù) B.IB|q|bU,正答案A上表面的電勢比下表面的低,根據(jù)左手定則可判斷自由電荷帶負(fù)電,穩(wěn)定時,Bqv=qUa,解得U=Bav,又I=nqSv,S=ab,聯(lián)立解得n=IB5.如圖為一種改進(jìn)后的回旋加速器示意圖,其中盒縫間的加速電場場強(qiáng)大小恒定,且被限制在A、C板間,虛線中間不需加電場,如圖所示,帶電粒子從P0處以速度v0沿電場線方向射入加速電場,經(jīng)加速后再進(jìn)入D形盒中的勻強(qiáng)磁場做勻速圓周運動,對這種改進(jìn)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.帶電粒子每運動一周P1P2=P2P3C.加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關(guān) D.加速電場方向需要做周期性的變化答案C帶電粒子只有經(jīng)過A、C板間時被加速,即帶電粒子每運動一周被加速一次。電場的方向沒有改變,則在A、C間加速,故A、D項錯誤;根據(jù)r=mvqB得,則P1P2=2(r2-r1)=2mΔvqB,因為每轉(zhuǎn)一圈被加速一次,根據(jù)v22-v12=2ad,知每轉(zhuǎn)一圈,速度的變化量不等,且v3-v2<v2-v1,則P1P2二、多項選擇題6.(2018泰州模擬)如圖所示為一利用海流發(fā)電的原理圖,用絕緣材料制成一個橫截面為矩形的管道,在管道的上、下兩個內(nèi)表面裝有兩塊電阻不計的金屬板M、N,板長為a、寬為b,板間的距離為d,將管道沿海流方向固定在海水中,在管道中施加與前后表面垂直的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,將航標(biāo)燈與兩金屬板連接(圖中未畫出)。海流方向如圖,海流速率為v,下列說法正確的是()A.M板的電勢高于N板的電勢 B.該海流發(fā)電機(jī)的電動勢為BdvC.該海流發(fā)電機(jī)的電動勢為Bav D.管道內(nèi)海水受到的安培力方向向左答案ABD海水中的正離子受到的洛倫茲力方向向上,所以正離子向上偏轉(zhuǎn),即M板帶正電;負(fù)離子受到的洛倫茲力方向向下,所以負(fù)離子向下偏轉(zhuǎn),N板帶負(fù)電,可知M板的電勢高于N板的電勢,故A項正確;M、N兩板間形成電場,當(dāng)離子所受的洛倫茲力和電場力平衡時,兩板間的電壓穩(wěn)定,即qUd7.(2018蘇北四市一調(diào))在一個很小的矩形半導(dǎo)體薄片上,制作四個電極E、F、M、N,做成了一個霍爾元件。在E、F間通入恒定電流I,同時外加與薄片垂直的磁場B,M、N間的電壓為UH。已知半導(dǎo)體薄片中的載流子為正電荷,電流與磁場的方向如圖所示,下列說法正確的有()A.N板電勢高于M板電勢 B.磁感應(yīng)強(qiáng)度越大,M、N間電勢差越大C.將磁場方向變?yōu)榕c薄片的上、下表面平行,UH不變 D.將磁場和電流分別反向,N板電勢低于M板電勢答案AB根據(jù)左手定則,電流的方向向里,自由電荷受力的方向指向N端,向N端偏轉(zhuǎn),則N板電勢高,故A項正確;設(shè)左右兩個表面相距為d,電子所受的電場力等于洛倫茲力,即:設(shè)材料單位體積內(nèi)電子的個數(shù)為n,材料截面積為S,則eUHd=evB①;I=neSv②;S=dL③;由①②③得:UH=BIned,令k=1ne,則UH=BI8.(2018丹陽中學(xué)模擬)電磁泵在目前的生產(chǎn)、科技中得到了廣泛應(yīng)用。如圖所示,泵體是一個長方體,ab邊長為L1,兩側(cè)端面是邊長為L2的正方形;流經(jīng)泵體內(nèi)的液體密度為ρ,在泵頭通入導(dǎo)電劑后液體的電導(dǎo)率為σ(電阻率的倒數(shù)),泵體所在處有方向垂直前表面向外的磁場B,把泵體的上下兩表面接在電壓為U(內(nèi)阻不計)的電源上,則()A.泵體上表面應(yīng)接電源正極 B.通過泵體的電流I=UC.增大磁感應(yīng)強(qiáng)度可獲得更大的抽液高度 D.增大液體的電阻率可獲得更大的抽液高度答案AC當(dāng)泵體上表面接電源的正極時,電流從上向下流過泵體,這時受到的磁場力水平向左,拉動液體,故A項正確;根據(jù)電阻定律,泵體內(nèi)液體的電阻R=ρLS=1σ·L2L1L2三、非選擇題9.(2017南通調(diào)研)粒子速度選擇器的原理圖如圖所示,兩水平長金屬板間有沿水平方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場和方向豎直向下、電場強(qiáng)度為E0的勻強(qiáng)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(yù)期選擇的速度的最大偏差為Δv,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(qiáng)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Δv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)增大磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)滿足什么條件?(3)磁感應(yīng)強(qiáng)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Δv,從而提高速度選擇器的速度分辨本領(lǐng),水平金屬板的長度L應(yīng)滿足什么條件?答案(1)E0B0(2)d>m解析(1)帶電粒子能沿中軸線運動,過程中受力平衡,則qv0B0=qE0,解得v0=E(2)設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度增為B,對速度為v1的勻速直線分運動有qv1B=qE0,解得v1=E0B勻速圓周分運動的速率v2=v0-v1由向心力公式有qv2B=m則有r=mE0q1B0B當(dāng)B=2B0時,半徑有最大值rm=m要讓所有帶電粒子都不能打到水平金屬板,應(yīng)滿足d2>2rm,即d>(3)要提高速度選擇器的速度分辨率,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L=v0(2n-1)T2圓周運動的周期T=2π故應(yīng)滿足的條件為L=(210.(2018南京調(diào)研)同步回旋加速器結(jié)構(gòu)如圖甲所示,軌道磁鐵產(chǎn)生的環(huán)形磁場在同一時刻處處相等,帶電粒子在環(huán)形磁場的控制下沿著固定半徑的軌道做勻速圓周運動,穿越沿途設(shè)置的高頻加速腔從中獲取能量,如圖乙所示。同步加速器中磁感應(yīng)強(qiáng)度隨被加速粒子速度的增加而增加,高頻加速電場的頻率與粒子回旋頻率保持同步。已知圓形軌道半徑為R,被加速粒子的質(zhì)量為m、電荷量為+q,加速腔的長度為L,且L?R,當(dāng)粒子進(jìn)入加速腔時,加速電壓的大小始終為U,粒子離開加速腔時,加速腔的電壓為零。已知加速腔外無電場、腔內(nèi)無磁場;不考慮粒子的重力、相對論效應(yīng)對質(zhì)量的影響以及粒子間的相互作用。若在t=0時刻將帶電粒子從板內(nèi)a孔處靜止釋放,求:(1)帶電粒子第1次從b孔射出時的速度的大小v1;(2)帶電粒子第k次從b孔射出時圓形軌道處的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bk以及下一次經(jīng)過b孔的時間間隔Tk;(3)若在a處先后連續(xù)釋放多個上述粒子,這些粒子經(jīng)過第1次加速后形成一束長度為l1的粒子束(l1<L),則這一束粒子作為整體可以獲得的最大速度vmax。答案見解析解析(1)由動能定理有qU=12m解得粒子第1次加速后的速度v1=2(2)每次加速電壓相同,則加速k次的速度vk滿足kqU=12m帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動Bkqvk=mv解得Bk=1帶電粒子經(jīng)過b孔的時間間隔Tk=2πR-由于L?R,則Tk≈2π解得Tk=πR2(3)粒子束經(jīng)過k次加速后的速