课时作业(3) 洛伦兹力的应用（Word练习）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

课时作业(3)　洛伦兹力的应用 [对应学生用书P93] 1．质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生一个质量为m、电荷量为q的正离子，离子产生出来时的速度很小，可以看作是静止的，离子产生出来后经过电压U加速，进入磁感应强度为B的方形匀强磁场，沿着半圆运动而达到记录它的照相底片P上，测得它在P上的位置到入口处S1的距离为x，则下列说法正确的是(　　) A．若某离子经上述装置后，测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x，则说明离子的质量一定变大 B．若某离子经上述装置后，测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x，则说明加速电压U一定变大 C．若某离子经上述装置后，测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x，则说明磁感应强度B一定变大 D．若某离子经上述装置后，测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x，则说明离子所带电荷量q可能变小 D　[由qU＝mv2得v＝.因为x＝2R，所以R＝＝，x＝＝ ＝，可知，x变大，可能是因为m变大，U变大，q变小，B变小，故只有D正确．] 2．质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器，它的工作原理是带电粒子(不计重力，初速度为0)经同一电场加速后，垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子的质量．其工作原理如图所示，虚线为某粒子运动轨迹，由图可知(　　) A．此粒子带负电 B．下极板S2比上极板S1电势高 C．若只减小加速电压U，则半径r变大 D．若只减小入射粒子的质量，则半径r变小 D　[由粒子在磁场中向左偏转，根据左手定则可知，该粒子带正电，故A错误；带正电的粒子经过电场加速，则下极板S2比上极板S1电势低，故B错误；根据动能定理得qU＝mv2，由牛顿第二定律得qvB＝m，联立解得r＝ ，若只减小加速电压U，则半径r减小，故C错误；若只减小粒子的质量，则半径减小，故D正确．] 3．回旋加速器是加速带电粒子的装置，其主体部分是两个D形金属盒．两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中，并分别与高频交流电源两极相连接，从而使粒子每次经过两盒间的狭缝时都得到加速，如图所示．现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，下列方法可行的是(　　) A．减小磁场的磁感应强度 B．减小狭缝间的距离 C．增大高频交流电压 D．增大金属盒的半径 D　[带电粒子从D形盒中射出时的动能Ekm＝mv m ，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，则qvmB＝，可得Ekm＝，显然，当带电粒子q、m一定时，则Ekm∝R2B2，即Ekm随磁场的磁感应强度B、D形金属盒的半径R的增大而增大，与加速电场的电压和狭缝距离无关，故选D．] 4．如图所示，沿直线通过速度选择器的正离子(不计重力)从狭缝S射入磁感应强度为B2的匀强磁场中，后分为两束，它们的轨迹半径之比为R1∶R2＝1∶2，则下列说法正确的是(　　) A．离子的速度之比为1∶2 B．离子的电荷量之比为1∶2 C．离子的质量之比为1∶2 D．离子比荷之比为2∶1 D　[粒子沿直线通过速度选择器，可知电场力和洛伦兹力平衡，有qvB1＝qE，解得v＝，可知粒子的速度之比为1∶1，故A错误．粒子进入偏转磁场，根据qvB2＝m得，r＝，则比荷 ＝，因为速度相等，磁感应强度相等，半径之比为1∶2，则比荷之比为2∶1，D正确．由题目条件，无法得出电荷量之比、质量之比，故B、C错误．] 5．如图所示，粒子源P会发出电荷量相等的带电粒子，这些粒子经装置M加速并筛选后，能以相同的速度从A点垂直于磁场方向沿AB射入正方形匀强磁场ABCD，粒子1、粒子2分别从AD中点和C点射出磁场．不计粒子重力，则粒子1和粒子2(　　) A．均带正电，质量之比为4∶1 B．均带负电，质量之比为1∶4 C．均带正电，质量之比为2∶1 D．均带负电，质量之比为1∶2 B　[由题图可知，粒子刚进入磁场时受到的洛伦兹力水平向左，由左手定则可知，粒子带负电；设正方形的边长为L，由图示可知，粒子轨道半径分别为r1＝L，r2＝L，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得qvB＝m，即m＝∝r，则＝＝，故选B．] 6．(多选)右图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场的磁感应强度和匀强电场的场强分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是(　　) A．质谱仪是分析同位素的重要工具 B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于 D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小 ABC　[质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具，选项A正确；能通过速度选择器的粒子