第四节 质谱仪与回旋加速器-2021-2022学年高中物理同步课时分层训练（人教版选择性必修第二册 ）

第四节 质谱仪与回旋加速器 【基础过关】 1．(2020-2021学年吉林省吉化一中高二(上)期末)用同一回旋加速器分别对质子( )和氘核( )进行加速，当它们都从 形盒边缘离开加速器时，质子与氘核获得的动能之比为(　　) A． B． C． D． 【解析】 粒子在磁场中离开时 ，动能 ，质子与氘核获得的动能之比为2:1。故选B。 【答案】 B 2．(2020-2021学年吉林省吉化一中高二(上)期末)如图，在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下，磁场方向垂直于纸面向里．一带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板．若不计重力，下列四个物理量中哪一个改变时，粒子运动轨迹不会改变？(　　) A．粒子速度的大小 B．粒子所带的电荷量 C．电场强度 D．磁感应强度 【解析】 带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板，有 ．所以粒子所带电荷量改变，粒子运动轨迹不会改变，故B正确，ACD错误． 【答案】 B 3．(2020-2021学年兰州市第一中学高二(上)期末)(多选)在同一匀强磁场中， 粒子 和质子 做匀速圆周运动，若它们的动量大小相等，则 粒子和质子(　　) A．运动半径之比是 B．运动周期之比是 C．运动速度大小之比是 D．受到的洛伦兹力之比是 【解析】 A．质子H和α粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动，均由洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得： ，得轨道半径 ，根据α粒子和质子的电荷量之比为2：1，半径比1：2，故A错误； B．粒子运动的周期： ，所以 ，故B正确； C．两个粒子的动量大小相等，质量之比是4：1，所以 ，故C错误； D．根据粒子受到的洛伦兹力：F=qvB，得 ，故D正确。故选BD 【答案】 BD 4．(2020-2021学年兰州市第一中学高二(上)期末)图为一速度选择器，内有一磁感应强度为B，方向垂直纸面向外的匀强磁场，一束粒子流以速度v水平射入，为使粒子流经磁场时不偏转(不计重力)，则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，关于这处电场场强大小和方向的说法中，正确的是(　　) A．大小为 ，粒子带正电时，方向向上 B．大小为 ，粒子带负电时，方向向上 C．大小为Bv，方向向下，与粒子带何种电荷无关 D．大小为Bv，方向向上，与粒子带何种电荷无关 【解析】 当粒子所受的洛伦兹力和电场力平衡时，粒子流匀速直线通过该区域，有qvB＝qE，所以E＝Bv．假设粒子带正电，则受向下的洛伦兹力，电场方向应该向上．粒子带负电时，电场方向仍应向上．故正确答案为D． 【答案】 D 5．(2020-2021学年沈阳二中高二(上)期末)速度选择器是质谱仪的重要组成部分，它可以将具有某一速度的粒子挑选出来。图中左右两个竖直的金属板分别与电源的负极和正极相连，金属板内部的匀强电场的电场强度为E，匀强磁场的磁感应强度为B。一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过速度选择器，然后通过平板S上的狭缝P进入另一磁感应强度为 的匀强磁场，最终打在A点上。不计粒子的重力。下列表述正确的是(　　) A．粒子带负电 B．速度选择器中的磁场方向为垂直于纸面向外 C．能沿直线通过狭缝P的带电粒子的速率等于 D．所有打在A点的粒子的质量都相同 【解析】 A．有左手定则可以判断出粒子带正电，故A错误； B．正粒子通过速度选择器时，受到的电场力水平向左，则洛伦兹力与电场力平衡，所以水平向右，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里，故B错误； C．能沿直线通过狭缝P的带电粒子，受力平衡，有 ，则 ，故C正确； D．打在A点的粒子运动半径相等，由 ，得 ，即 ，所以所有打在A点的粒子比荷相同，故D错误。故选C。 【答案】 C 6．(2020-2021学年黑龙江实验中学高二(上)期末)(多选)笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作：当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图所示，一块宽为 、长为 的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为 的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为 。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压 ，以此控制屏幕的熄灭。则元件的(　　) A．前表面的电势比后表面的低 B．前、后表面间的电压 与 无关 C．前、后表面间的电压 与 成正比 D．自由电子受到的洛伦兹力大小为 【解析】 由图知电流从左向右流动，因此电子的运动方向为从右向左，根据左手定则可知电子偏转到后面表，因此前表面的电势比后表面的高，故A错误，电子在运动过程中洛伦兹力和电场力平衡，有 ，故 ，故D正确，由 则电压 ，故前后表面的电压与速度有关，与a成正比，故BC错误． 【答案】 D 7．(2020-2021学年哈