课时04 质谱仪与回旋加速器（重点练）-2020-2021学年高二物理十分钟同步课堂专练（新教材人教版选择性必修第二册）

第4课时 质谱仪与回旋加速器 第一章 安培力与洛伦兹力 一、单选题 1． 如图所示,在平行线MN、PQ之间存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面的磁场(未画出),磁场的磁感应强度从左到右逐渐增大.一带电微粒进入该区域时,由于受到空气阻力作用,恰好能沿水平直线OO'通过该区域.带电微粒所受的重力忽略不计,运动过程带电荷量不变.下列判断正确的是 (　　) A.微粒从左向右运动,磁场方向向里 B.微粒从左向右运动,磁场方向向外 C.微粒从右向左运动,磁场方向向里 D.微粒从右向左运动,磁场方向向外 【答案】B 【解析】微粒恰好能沿水平直线OO'通过该区域,说明洛伦兹力qvB与电场力qE平衡,微粒受到空气阻力作用,速度逐渐减小,沿运动方向磁场的磁感应强度必须逐渐增大,因此微粒从左向右运动,磁场方向向外,选项B正确. 故选B。 2．速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后分成甲、乙两束,其运动轨迹如图所示,其中S0A=S0C,则下列说法中正确的是 (　　) A.甲束粒子带正电,乙束粒子带负电 B.甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷 C.能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于 D.若两束粒子的电荷量相等,则甲、乙两束粒子的质量比为3∶2 【答案】B 【解析】　由左手定则可判定甲束粒子带负电、乙束粒子带正电,选项A错误;粒子在磁场中做圆周运动时满足B2qv=m,即=,由题意知r甲<r乙,所以甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷,选项B正确;由qE=B1qv知,能通过狭缝S0的带电粒子的速率v=,选项C错误;由=知,==,选项D错误. 故选B。 3．如图所示,Q为α粒子放射源,放射源释放出的α粒子初速度近似为零,经电压为U的加速电场加速后垂直磁场边界MN进入磁感应强度为B的匀强磁场中,经磁场偏转后粒子从P点射出磁场,设OP=x,下列能正确反映x与U之间函数关系的x-U图象是 (　　) 【答案】B 【解析】设α粒子经电场加速后的速度为v,根据动能定理得qU=mv2,在磁场中由牛顿第二定律得qvB=,解得x=,选项B正确. 故选B。 4.(2019·江苏南京三模)如图甲是回旋加速器的示意图,其核心部分是两个D形金属盒,D形盒与高频电源相连,且置于垂直于盒面的匀强磁场中,带电粒子在电场中的动能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.在Ek-t图中有t4-t3<t3-t2<t2-t1 B.在Ek-t图中有Ek4-Ek3=Ek3-Ek2=Ek2-Ek1 C.若粒子加速次数越多,则射出加速器的粒子动能就越大 D.若加速电压越大,则射出加速器的粒子动能就越大 【答案】B 【解析】根据周期公式T=知,粒子的回旋周期不变,与粒子的速度无关,所以t4-t3=t3-t2=t2-t1,故A错误;粒子每次加速获得的能量相同,在Ek-t图中有Ek4-Ek3=Ek3-Ek2=Ek2-Ek1,故B正确;由牛顿第二定律qvB=m得:r=,设D形盒的半径为R,则当r=R时,粒子获得的速度最大,即带电粒子的最终速度由D形盒的半径R决定,与加速电压和加速次数无关,故C、D错误. 故选B。 二、多选题 5． (多选)如图所示,a、b是一对平行金属板,分别接到直流电源的两极上,使a、b两板间产生匀强电场E,右边有一块挡板,正中间开有一小孔d,在较大空间范围内存在着匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里.从两板左侧中点c处射入一束正离子(不计重力),这些正离子都沿直线运动到右侧,从d孔射出后分成三束,则下列判断正确的是 (　　) A.这三束正离子在分开前的速度一定不相同 B.这三束正离子的比荷一定不相同 C.a、b两板间的匀强电场方向一定由a指向b D.若射入的离子束带负电而其他条件不变,则不能从d孔射出 【答案】BC 【解析】三束正离子在两极板间都沿直线运动到右侧,则电场力与洛伦兹力一定等大、反向,即qvB=qE,解得v=,所以这三束正离子分开前的速度v一定相同,由左手定则可以判断,离子所受洛伦兹力由b指向a,所以电场方向一定由a指向b,A错误,C正确;在右侧磁场中,三束正离子运动的轨迹半径不同,由r=可知,它们的比荷一定不相同,B正确;若射入的离子束带负电而其他条件不变,则离子所受的电场力和洛伦兹力仍等大、反向,所以离子在两板间仍做匀速直线运动,仍能从d孔射出,D错误. 故选BC。 6．(2019·福建龙岩模拟)(多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置,如图所示.其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒(D1、D2),两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场,使粒子在通过狭缝时都能得到加速,两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中,D形盒的半径为R.质量为m、电荷量为q的质子从D1半盒的质子源(A点)由静止释放