寒假作业09质谱仪和回旋加速器-【寒假分层作业】2024年高二物理寒假培优练（人教版2019）

限时练习：90min 完成时间： 月 日 天气： 作业09 质谱仪和回旋加速器 一、组合场在科技中的应用 (一)质谱仪 1．构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成． 2．原理：粒子由静止被加速电场加速，有qU＝mv2， 粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝， 由两式可得m＝，＝， 根据不同的半径，可计算出粒子的质量或比荷． (二)回旋加速器 1．构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒处于匀强磁场中，D形盒的缝隙处接交流电源． 2．原理：交流电周期和粒子做圆周运动的周期相等，使粒子每经过一次D形盒缝隙，粒子被加速一次． 3．粒子的最大速度：由qvB＝，得v＝，粒子获得的最大速度由磁感应强度B和D形盒半径R共同决定，与加速电压无关． 4．粒子在磁场中运动的总时间：粒子在磁场中运动一个周期，被电场加速两次，每次增加动能qU，加速次数n＝，粒子在磁场中运动的总时间t＝T＝·＝. 二、叠加场在科技、生活中的应用 装置 原理图 规律 速度选择器 若qv0B＝Eq，即v0＝，粒子做匀速直线运动，与q的大小、电性均无关 磁流体发电机 等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电，两极电压为U时稳定， q＝qv0B，U＝Bdv0 电磁流量计 q＝qvB，所以v＝， 所以Q＝vS＝ 霍尔元件 当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差 1、 单项选择题 1. 关于洛伦兹力的应用，下列说法正确的是（　　） A. 图a速度选择器中筛选出的粒子沿着PQ做匀加速直线运动 B. 图b回旋加速器接入的工作电源是直流电 C. 图c是质谱仪的主要原理图，其中、、在磁场中偏转半径最大的是 D. 图d是磁流体发电机，将一束等离子体喷入磁场，A、B间会产生电压，且A板电势高 2.一对平行金属板中存在匀强电场和匀强磁场，其中电场的方向与金属板垂直，磁场的方向与金属板平行且垂直纸面向里，如图所示。一质子（）以速度自O点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动。下列粒子分别自O点沿中轴线射入，能够做匀速直线运动的是（　　）（所有粒子均不考虑重力的影响） A. 以速度的射入的正电子 B. 以速度射入的电子 C. 以速度射入的核 D. 以速度射入的a粒子 3.如图所示为质谱仪的示意图。电荷量和质量不同的离子从电离室A中“飘”出，从缝进入电势差恒定的加速电场中加速，然后从垂直进入匀强磁场B中做匀速圆周运动，最后打在照相底片上。已知质子从静止开始被加速电场加速，经磁场偏转后打在底片上的P点，某二价正离子从静止开始经相同的电场加速和磁场偏转后，打在底片上的Q点，已知，则离子质量和质子质量之比为（  ） A．12 B．24 C．144 D．288 4.武汉病毒研究所是我国防护等级最高的P4实验室，在该实验室中有一种污水流量计，其原理可以简化为如下图所示模型：废液内含有大量正、负离子，从直径为d的圆柱形容器右侧流入，左侧流出，流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积，空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，下列说法正确的是（　　）    A．稳定时MN两点间的电压越大，说明离子浓度越高 B．正、负离子所受洛伦兹力方向相同 C．稳定状态下M点电势高于N点电势 D．通过测量MN两点间的电压能够推算废液的流量 5.如图所示，一个静止的质量为m、带电荷量为q的粒子（不计重力），经电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁感中，粒子打至P点。设OP＝x，能够正确反应x与U之间的函数关系的图像是（　　） A． B． C． D． 6.我国科研人员采用全新发电方式——“爆炸发电”，以满足高耗能武器的连续发射需求。其原理如图所示，爆炸将惰性气体转化为高速等离子体，射入磁流体动力学发生器，发生器的前后有两强磁极N和S，使得上下两金属电极之间产生足够高电压，下列说法正确的是（　　） A．上极板电势比下极板电势低 B．仅使L增大，两金属电极间的电动势会变大 C．仅使d增大，两金属电极间的电动势会变大 D．仅使b增大，两金属电极间的电动势会变大 7.某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示，通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场B=k1I，通有待测电流I′的直导线ab垂直穿过螺绕环中心，在霍尔元件处产生的磁场B′=k2I。调节电阻R，当电流表示数为I0时，元件输出霍尔电压UH=U0；当电流表示数为2I0时，元件输出霍尔电压UH′=U0。则待测电流I′的方向和大小分别为（　　） A．a→b， B．a→b， C．b→a，