质谱仪与回旋加速器分层作业进阶拓展（2） 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册.docx

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1、课时4质谱仪与回旋加速器分层作业进阶拓展（2）第一章安培力和洛伦兹力 高一物理选择性必修第二册（人教版2019）一、单选题，共10小题1如图，方形金属棒放在匀强磁场中，磁场方向垂直前后表面向里，金属棒通有从左到右的恒定电流I后将会产生霍尔效应，则（）A金属棒上表面的电势高于下表面B金属棒前表面的电势高于后表面C仅增大磁感应强度，霍尔电压将变大D仅增大金属棒长度ab，霍尔电压将变大2回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，它们接在电压为U、频率为f的交流电源上，若A处粒子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是（）A若只

2、增大交流电压U，则质子获得的最大动能增大B若只增大交流电压U，则质子在回旋加速器中运行时间会变短C若磁感应强度B增大，交流电频率f必须适当减小才能正常工作D不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器也能用于加速粒子3如图，下列说法正确的是（）A甲图要增大粒子的最大动能，可增加电压UB乙图是磁流体发电机，可判断出A极板是发电机的负极C基本粒子不考虑重力的影响，丙图可以判断基本粒子的电性，粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是D丁图中若载流子带负电，稳定时C板电势高4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，磁场的磁感应强度为B，质子在入口处从静止开始被电

3、场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场，若换作a粒子（a粒子带正电，其电荷量为质子的2倍，质量为质子的4倍）在入口处从静止开始被同一电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度改变为（）ABC2BD5如图所示的速度选择器水平放置，两板间距离与板长相等，板间分布如图所示的正交匀强电场与匀强磁场第一次：一带正电的粒子（不计重力）从两板左侧中点O处沿图中虚线水平向右射入速度选择器，恰好做匀速直线运动；第二次：撤去磁场，保留电场，粒子以相同速度从O点进入电场，恰好从上板极右边缘b点离开电场区：第三次：撤去电场，保留磁场，粒子以相同速度从O点进入磁场，粒子将打在下板极cd上某位置

4、粒子第二次在电场中的运动时间与粒子第三次在磁场中的运动时间的比值是（）ABC D6如图所示是一速度选择器，当粒子速度满足v0时，粒子沿图中虚线水平射出；若某一粒子以速度v射入该速度选择器后，运动轨迹为图中实线，则关于该粒子的说法正确的是（）A粒子射入的速度一定是vB粒子射入的速度可能是vqE则v运动过程中洛伦兹力不做功，电场力做负功，则粒子速度减小；若粒子带负电，所受电场力向上，则由左手定则知所受洛伦兹力方向向下，由受力分析结合运动轨迹知qvBqE则v运动过程中洛伦兹力不做功，电场力做正功，则粒子速度增大，选项ACD错误，B正确。故选B。7C【解析】BC粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，则

5、有被加速的粒子做圆周运动的最大半径为D形盒半径R，最大动能为与加速电压无关；增大磁感应强度B，粒子被加速后获得的最大动能增大，B错误，C正确；A由以上分析可知，增大电压U，粒子在D形盒中的运动的动能很快达到最大，可知粒子在D形盒中运动的时间将变小，A错误；D由粒子在D形盒中的运动的周期等于高频交流加速电源的周期，则有交流电源的频率与粒子的速度无关，D错误。故选C。8C【解析】A油滴在重力作用下下落，获得速度后将受到洛伦兹力作用，根据大致轨迹结合洛伦兹力方向可判断油滴带正电，故A错误；B将油滴的运动分解为两个分运动，一个是水平向右的匀速直线运动，速度大小满足受力满足二力平衡，另一个是初速度方向向

6、左，大小为v的匀速圆周运动，受到的洛伦兹力为qvB，两个分运动的合成轨迹将是一个旋轮线，故B错误；C油滴到b点时，重力做功最多，速度最大，正好是匀速圆周运动分运动的最低点，速度大小为方向水平向右，故C正确；D在b点时的洛伦兹力大小为2qvB、方向竖直向上，重力大小为mg，二力合力向上，有加速度大小为g，方向向上，故不可能沿水平方向做匀速直线运动，故D错误。故选C。9C【解析】A图甲是回旋加速器中粒子从出口处出来的速度由半径R决定，与加速电压无关，选项A错误；B图乙是静电除尘装置，A应接高压电的负极，接高压电的正极，选项B错误；C图丙是磁电式电表，指针偏转是通电线圈受安培力作用的结果，选项C正确

7、；D图丁是磁流体发电机，当闭合开关时，根据左手定则可知A板带正电，则电流由经电阻流向，选项D错误。故选C。10B【解析】AB根据公式故最大动能为则粒子从形盒射出时的动能与加速电场的电压无关；增大磁场的磁感应强度，可增大带电粒子射出时的动能，选项A错误，B正确；C加速电场的变化周期等于粒子在磁场中运动的周期，即与粒子速度大小无关，选项C错误；D根据因质子（）和粒子（）在磁场中运动的周期不同，则用同一回旋加速器不可以同时加速质子（）和粒子（），选项D错误。故选B。11AC【解析】AB回旋加速器是利用电场对粒子进行加速和磁场进行偏转，故A正确，B错误；CD根据得，最大速度则最大动能知同一粒子，回旋加

8、速器的半径越大，获得的动能越大，与交流电压的电压和频率无关，故C正确，故D错误。故选AC。12ABC【解析】A由题意正电粒子能从左向右匀速通过，竖直向上的洛伦兹力与竖直向下的电场力相平衡；若负电粒子从左向右通过时，竖直向下的洛伦兹力也能与竖直向上的电场力相平衡，原因是粒子的速度没有变化，故A正确； B由题意正电粒子能从左向右匀速通过，竖直向上的洛伦兹力与竖直向下的电场力相平衡，即有：qE=Bqv0解得：可知平衡条件与电荷量的多少无关，因此带电量为2q的粒子同样也能匀速通过，故B正确； C由题意正电粒子能从左向右匀速通过，竖直向上的洛伦兹力与竖直向下的电场力相平衡，即有：qE=Bqv0解得：当电

9、场与磁场方向与原来相反时，没有影响平衡条件，所以也能匀速通过。故C正确； D若粒子仍以速率v0从右侧的O点沿OO方向射入，粒子受到的竖直向下的电场力与竖直向下的洛伦兹力就不能平衡，因此不能匀速通过。故D错误；故选ABC。14BC【解析】A海水向东流动的过程中，正电荷受到的洛伦兹力的方向指向M，而负电荷受到的洛伦兹力的方向指向N，所以M侧聚集正电荷，M侧的电势高，A错误；B开关S断开时，设海水中的电荷所带的电荷量为q，当其所受的洛伦兹力与电场力平衡时，M、N两端的电压U保持恒定，有解得B正确；C开关S闭合后，海水所受的摩擦阻力恒为f，设开关S闭合后管道内海水受到的安培力为F安，发电管道进出口两端

10、压力差有，根据闭合电路欧姆定律有解得C正确；D电阻R上的功率为D错误。故选BC。15 运动 水平向右 【解析】（1）洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用。根据左手定则可知粒子所受洛伦兹力的方向水平向右。（2）设粒子经过加速后获得速度大小为v，根据动能定理有 设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为r，根据牛顿第二定律有 联立解得 两点间的距离为 16（1），方向竖直向上；（2），；（3）【解析】（1）要使带正电粒子做匀速圆周运动，则有 解得 方向竖直向上；（2）设场强为时加速度为，场强为时加速度为，粒子第一次穿过x轴的水平速度为有所用时间则有解得 时刻射入的粒子第一次穿过x轴的水平速度 粒子进入磁场后做

11、匀速圆周运动，则有解得所以 所以位置坐标为；（3）设粒子进入磁场时与水平方向夹角为，则进入磁场时的速度所以此时圆周运动半径入射点和出射点之间的距离 由此可知每次入射点和出射点之间的距离为一个定值且由分析可得，在电场中的水平方向的运动合起来可看作一匀加速直线运动，所以若n为奇数，有 若n为偶数，有 17 低于 evB Bhv【解析】（1）电子向左做定向移动，由左手定则知电子所受洛伦兹力的方向向上，故上侧面A聚集电子，下侧面A聚集正电荷，上侧面A的电势低于下侧面A的电势（2）电子所受洛伦兹力的大小（3）根据（4）当A、A间电势差稳定时故18 磁场 电场 qU 比荷【解析】略19；【解析】由动能定理

12、知qUmv2，则粒子进入磁场时的速度大小为v，由于粒子在磁场中运动的轨迹半径为r，所以打在底片上的位置到S3的距离为20（1）105 T;（2）2.85102s【解析】（1）粒子在电场中加速，则由动能定理得Eqxmv2解得v400 m/s设粒子进入三角形区域匀强磁场做匀速圆周运动半径为R1，带电粒子在磁场中的运动轨迹如图所示。由几何关系可知R10.6 m由qvB1m代入数据得B1105 T（2）设带电粒子进入外部磁场做匀速圆周运动半径为R2，由题可知B23B12105 T又qvB2m则R20.2m粒子在由OC过程中做匀加速直线运动，由公式xvt1得到t10.01s粒子在磁场B1中的周期为T19

13、103 s则在磁场B1中的运动时间为t2T13103 s在磁场B2中的周期为T23103 s在磁场B2中的运动时间为t3T25.5103 s则粒子在复合场中运动的总时间为t2t1t2t32.85102 s21（1）；（2）；（3），【解析】（1）碰后小球b恰好做匀速圆周运动，说明此时的重力与电场力平衡，则解得（2）由题意可知，小球b做匀速圆周运动的轨迹半径为设小球b碰后的速度为，由牛顿第二定律可得解得设小球a碰后的速度大小为，碰撞后由动能定理可得解得设小球a与小球b发生碰撞前瞬间的速度大小为，两小球组成的系统动量守恒，则解得从小球a被释放到与小球b发生碰撞前瞬间的过程，由能量守恒定律可得解得（

14、3）由于电场不变，则小球b刚进入CD边界右侧时，仍做匀速圆周运动，当磁感应强度为B时，小球运动的周期为，当磁感应强度为2B时，小球运动的周期为。由可得设磁感应强度为B时，小球的轨迹半径为，磁感应强度为2B时，小球的轨迹半径为。由可得由题意可画出相应的运动轨迹如图所示，小球b再次回到边界CD所在直线时达到E点，可得整个过程所用的时间为22（1）负电；下极板；（2）【解析】（1）不加电压时，粒子向上偏转，根据左手定则可以判断粒子带负电；根据题意可知，粒子在电场中受到的电场力向下，则下极板电势高。（2）不加电压时，设粒子在磁场中轨迹半径为R，根据几何关系根据洛伦兹力提供向心力解得 ，当粒子沿直线运动时，根据平衡条件解得答案第26页，共16页