第4节 质谱仪与回旋加速器-【创新教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册五维课堂课时作业（人教版2019）

世物理 选择性必修第二册 物 课 时 间 第4节 质谱仪与回旋加速器 纠错空间 理 作业 [基础达标] 3.用回旋加速器分别加速α粒子和质子 1.质谱仪又称质谱 时，若磁场相同，则加在两个D形盒间 计，是分离和检测 的交变电压的频率应不同，其频率之 不同同位素的仪 比为 照相板 器.某质谱仪的原 A.1:1B.1:2 C.2:1 D.1:3 理图如图所示，速 4.某回旋加速器的示意 度选择器中匀强 图如图所示，两个半径 电场的电场强度 均为R的D形盒置于 44444444444 大小为E,匀强磁场的磁感应强度大小 磁感应强度大小为B 为B,,偏转磁场（匀强磁场）的磁感应 的匀强磁场中，并与高 强度大小为B·一电荷量为g的粒子在 频电源两极相连，现对 加速电场中由静止加速后进入速度选 氚核(H,质量数为3，电荷数为1)加 择器，恰好能从速度选择器进入偏转磁 速，所需的高频电源的频率为∫已知元 场做半径为R的匀速圆周运动.粒子重 电荷为e 力不计，空气阻力不计.该粒子的质量 方法总结 下列说法正确的是 为 ( A.9B,B.R E.9E,B.R A.D形盒可以用玻璃制成 E 2E B氚核的质量为B廷 2元 qBR C.B.E qB.R D.B.E C.高频电源的电压越大，氚核从P处射 2.如图是质谱仪工 出时的速度越大 作原理的示意 D.若对氦核(He)加速，则高频电源的 图.带电粒子a、b 颜率应调为2/ 经电压U加速 5.如图所示，粒子源P会发 (在A点初速度为零)后，进人磁感应强 出电荷量相等的带电粒 度为B的匀强磁场做匀速圆周运动，最 子.这些粒子经装置M 后分别打在感光板S上的x1、2处.图 加速并筛选后，能以相同 中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b 的速度从A点垂直磁场 所通过的路径，则 ( A.若a与b有相同的质量，则打在感光 方向沿AB射入正方形匀强磁场AB 板上时，b的速度比a大 CD.粒子1、粒子2分别从AD中点和C B.若a与b有相同的质量，则a的电荷 点射出磁场.不计粒子重力，则粒子1 量比b的电荷量小 和粒子2 C.若a与b有相同的电荷量，则a的质 A.均带正电，质量之比为4：1 量比b的质量大 B.均带负电，质量之比为1：4 D.若a与b有相同的电荷量，则a的质 C.均带正电，质量之比为2：1 量比b的质量小 D.均带负电，质量之比为1：2 ·10 第一章安培力与洛伦兹力 课时作业 6.(多选)用回旋加速器来加速质子，为了 9.如图，从离子源 使质子获得的动能增加为原来的4倍， 产生的甲、乙两 可采用下列哪几种方法 ) 种离子，由静止 离子湖 A.将其磁感应强度增大为原来的2倍 经加速电压U 纠错空间 B.将其磁感应强度增大为原来的4倍 加速后在纸面内水平向右运动，自M C.将D形金属盒的半径增大为原来的 点垂直于磁场边界射入匀强磁场，磁场 2倍 D.将D形金属盒的半径增大为原来的 方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖 4倍 直.已知甲种离子射入磁场的速度大小 7.带正电粒子（不计重力）以水平向右的 为1，并在磁场边界的N点射出；乙种 初速度，先通过匀强电场E,后通过 离子在MN的中点射出；MN长为L.不 匀强磁场B,如图甲所示，电场和磁场 计重力影响和离子间的相互作用.求： 对该粒子做功为W,若把该电场和磁 (1)磁场的磁感应强度大小. 4444444444+4444+4444 场正交叠加，如图乙所示，再让该带电 (2)甲、乙两种离子的比荷之比 粒子仍以水平向右的初速度（。< 穿过叠加场区，在这个过程中电场和磁 场对粒子做功为W2,则 ( XXX ×B 方法总结 卡行市中卡卡中十+中十P为4卡十P 甲 乙 A.W<W: B.W-W: C.W>W D.无法判断 8.质谱仪原理如图所 [能力提升] 示，a为粒子加速器， 10.如图所示为一种获 电压为U1:b为速度 得高能粒子的装置 选择器，磁场与电场 环形区域内存在垂 正交，磁感应强度为 直纸面向外、大小可 B1,板间距离为d:c为偏转分离器，磁 444 感应强度为B2.现有一质量为、电荷 调节的均匀磁场，质 量为e的正离子（不计重力），经加速 量为、电荷量为十q的粒子在环中做 后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子 半径为R的圆周运动.A、B为两块中 进人分离器后做匀速圆周运动.求： 心开有小孔的极板，原来电势都为零 (1)粒子的速度v为多少？ 每当粒子顺时针飞经A板时，A板电 (2)速度选择器的电压U,为多少？ 势升高为U,B板电势仍保持为零，粒 4+4+ (3)粒子在B,磁场中做匀速圆周运动 子在两板间电场中得到加速，每当粒 的半径R为多大？ 子离开B板时，A板电势又降为零.粒 子在电场的一次次加速下动能不断增 大，而粒子绕行半径不变.以下说法正 确的是 ·11 世物理 选择性必修第二册 A.粒子从A板小孔处由静止开始在 A.如果只增加U,粒子可以从dP之 电场作用下加速，绕行圈后回到 间某位置穿出磁场 间 A板时获得的总动能为gU B.如果只减小B,粒子可以从ab边某 纠错空间 B.在粒子绕行的整个过程中，A板电 位置穿出磁场 势可以始终保持为十U C.如果既减小U又增加B,粒子可以 C.在粒子绕行的整个过程中，每一圈 从bc边某位置穿出磁场 的周期不变 D.如果只增加k,粒子可以从dP之间 D.为使粒子始终保持在半径为R的 某位置穿出磁场 圆轨道上运动，磁感应强度必须周 13.如图所示，有一对平行金属板，两板相 期性递增，则粒子绕行第n圈时的 距为0.05m.电压为10V:两板之间 磁感应强度为 mU 有匀强磁场，磁感应强度大小为B。= 4444444444 0.1T,方向与金属板面平行并垂直于 44444444444 11.（多选)如图所示，一 纸面向里.图中右边有一半径R为0.1 带负电的质点在固 m、圆心为O的圆形区域内也存在匀 定的正的点电荷作 用下绕该正电荷做 强篮场，做感应强度大小为B=停。 匀速圆周运动，周期 方向垂直于纸面向里.一正离子沿平 为T。,轨道平面位于纸面内，质点的速 行于金属板面，从A点垂直于磁场的 方法总结 度方向如图中箭头所示.现加一垂直 方向射入平行金属板之间，沿直线射 于轨道平面的匀强磁场，已知轨道半 出平行金属板之间的区域，并沿直径 径并不因此而改变，则 () CD方向射入圆形磁场区域，最后从圆 A.若磁场方向指向纸里，质点运动的 形区域边界上的F点射出.已知速度 周期将大于T B.若磁场方向指向纸里，质点运动的 的偏转角9=受，不计离子重力.求： 周期将小于T。 C.若磁场方向指向纸外，质点运动的 周期将大于T。 D.若磁场方向指向纸外，质点运动的 周期将小于T。 (1)离子速度v的大小： 12.如图所示，有理 (2)离子的比荷： 想边界的匀强磁 (3)离子在圆形磁场区域中运动时 场方向垂直纸面 间. 向外，磁感应强 度大小为B,某带电粒子的比荷（电荷 量与质量之比)大小为k,由静止开始 经电压为U的电场加速后，从O点垂 直射入磁场，又从P点穿出磁场.下列 说法正确的是（不计粒子所受重力） ·12·世伤厘 选择性必修第二册 因为R'=m贸 第二空缘得：9B=mm=ro qB' 代入数据解得B≥2.67T. =,故选B] ,==1 答案：(1)20m/s(2)0.9m 6AC[由R=需及E,=m,得E,=,将共接 1 (3)B≥2.67T 2m 第4节质谱仪与回旋加速器 感应强度增大为原来的2倍，或将D形金属盒的半径增 大为原来的2倍，都可使质子获得的动能增加为原来的 1,A[在速度选择器中做匀速直线运动的粒子能进入偏 4倍，A、C正确.] 特破场：由平衡条件得如B=B,触子追度=层，拉子 7.C[电场力做的功W=Eqy,其中y为粒子沿电场方向 偏转的位移，因题图乙中洛伦兹力方向向上，故题图乙 在磁场中做匀速园周运动，由洛伦兹力提供向心力得 中粒子向下偏转的位移y较小，W,>W,故C正确.] 民=m爱解得m-BBR选须A正确.] 8.解析：根据动能定理可求出速度，根据电场力和洛伦兹 力相等可得到U2,再根据粒子在磁场中做匀速圆周运动 2.D[g格U=专m一√买由nB=w号得 的知识可求得半径 (1)在a中，粒子被加速电场U加速，由动能定理有 √B,因为6的半径大，若口与b质量相同，则6 mv_ 2mU 心=之m得√20 2e西 的电荷童小，振琴一√吧知6的造度小，故AB错 (2)在b中，粒子受的电场力和洛伦兹力大小相等， 误：若a与b有相同的电荷量，因为b的半径大，则b的 =eB,代入和值得 肿ed 质量大，故C错误，D正确，] 2eU, U:-B d m 3.B[为了保证粒子每次经过D形盒盒缝时粒子都被加 (3)在中，粒子受洛伦兹力作用而做圆周运动， 速，应使交变电压的变化周期（频率）跟粒子在磁场中做 圆周运功的周期（领华）湘网，即=亭一温长搭。粒 轨道半径R-器 代入u值解得R= 1 201m 子泰魔子的电持量美系和质量美系合-品·份-合 答案：(1入 2eU, 2eU 故B正确.] (2)Bd m 4.D[为使D形盒内的带电粒子不受外电场的影响，D形 1 20m 盒应用金属材料制成，以实现静电屏蔽，A错误：为使回 (3)i√e 9,解析：(1)甲离子经过电场加速，据动能定理有 旅加速器正常工作，高频电源的频率应与带电粒子在匀 强磁场中做匀速圆周运动的频率相等，由氚核在磁场中 gU=号m听① 微匀地周周运功的网期工=2阳和工，=子得氟棋的 在磁场中偏转，洛伦兹力提供向心力， 据牛颅第二定律有9B=mR 质量网一治B错送：由B=m是得 由几何关系可得R=台 ③ BR,可见惫核从P处射出时的最大速度V与电源的 m 联主方：都得B品 电压大小无关，C错误：根据氨核在磁场中做匀速圆周运 (2)乙离子经过电场加速，同理有 动的周期工=器和T:=行释人-0人又是 m m q4U=之m喝 ① 是，得人=2D正确门 :V:B-m:R ⑤ 5.B[由题图可知，粒子刚进入磁扬时受到的洛伦兹力水 R:- ⑤ 平向左，由左手定则可知，粒子带负电：设正方形的边长 为L,则粒子轨道丰径分别为：n=十，=L,粒子在 ①@③④⑤⑥联立方程可得生：坐=1：4 m m2 磁场中做匀速圆周运动，洛伦旅力提供向心力，由牛頓 答案：(1)4 (2)1:4 v l ·54· 参考答案 课时作亚乡 10.A[粒子在电场中做匀加速直线运动，对全过程列出 (3)孤CF对应圆心角为0，离 动能定理可得，从静止开始绕行n圈后回到A板时粒 子在圆形磁场区域中运动时 子获得的总动能为E品=gU,A正确；在粒子绕行的 间t, 整个过程中，若A板电势始终保持为十U粒子再次到 达A板附近时所受电场力方向与运动方向相反，粒子 则有：1=2示 2X X 被减速，就不能持续加速，B错误；粒子始终做半径为R 又周期T=2x” qB 的匀速圆周运动，由于粒子经过电场后其速度？变大， 根据周朝公式T=2R可得，粒子的运动周期T支小， 解得：t三X10s≈9X10 C错误：设粒子在电场中加速n次后的速度大小为巴。： 答案：(1)2000m/s(2)2×10C/kg 2mgd.粒 (3)9×108 根据动能定理有mU=之m-0,解得，气 第二章 电磁感应 子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，根 第1节 楞次定律 据牛顿第二定律有，B。=m尺，解得B 1,A[由题图可知，A中感应电流为顺时针方向，由楞次 2nmU,D错误.] 1 定律可知，感应电流的内部磁场向里，由右手螺旋定则 可知，引起感应电流的磁场可能为：向外增大戏向里减 1山，AD[不加雅场时：F=mR(经)，若隆场方向向里， 小：若原磁场向外，则B中电流应为逆时针，由于B带负 期有：一Fm=mR经，若磁场方向向外，则有F十 电，故B应顺时针转动且转速增大：若原磁场向里，则B 中电流应为顺时针，则B应逆时针转动且转速减小：又 F=mR(),比较知：T,>T。,T<T,选项A,D 因为导体环A具有扩展趋势，则B中电流应与A方向 正确.] 相反，即B应顺时针转动且转速增大，A正确.] 12.D[由已知可得U-之m,6=是r-器解得r 2C[由题图可知，在磁铁下落过程中，穿过圆环的磁场 方向向上，在磁铁靠近圆环时，穿过圆环的磁通量变大， B.对于选项A,只增加U增大，粒子不可能从 在磁铁远离圆环时穿过圆环的磁通量减小，由楞次定律 dP之间某位置穿出磁场：对于选项B,粒子电性不变， 可知，从上向下看，圆环中的感应电流先沿顺时针方向， 不可能向上偏转从：山边某位置穿出磁场：对于速项C, 后沿逆时针方向，故C正确.] 既减小U又增加B,「减小，粒子不可能从c边某位置 3.B[根据右手定则，由题意可知，当导线向右运动时，产 穿出磁场：对于选项D,只增加k,r减小，粒子可以从 生的感应电流方向由N端经过导线到M端，因此有逆 P之间某位置穿出磁场.] 时针方向的感应电流，故A错误，B正确：由上分析可 13.解析：(1)离子在平行金属板之间做匀速直线运动，洛 知，电源内部的电流方向由负极到正极，因此N端相当 伦兹力与电场力平衡，即： 于电源的负极，故C错误：根据感应电流产生的条件可 Boqv=qE, 知，电路会产生感应电流，故D错误.门 其中：E= 4.C[将0一2s时间段划分为两段：0一1s内，线图中磁场的 d 磁感应强度为正，磁感应强度垂直线围平面向里且磁通 解得：x=2000m/s 量减小，由“增反减同”可知，感应电流产生的磁场垂直 (2)在圆形磁场区城，离子做匀速闻周运动，由洛伦兹 线圈平面向里，根据安培定则可知，感应电流的方向为 力公式和牛顿第二定律有： 顺时针：1一2s内，线圈中磁场的磁感应强度为负，磁感 B-m v r 应强度垂直线圈图平面向外且磁通量增大，由“增反减同” 由几何关系有an2=T 6R 可知，感应电流产生的磁场垂直线图平面向里，根据安 培定则可知，感应电流的方向仍为顺时针，所以选项C 解得离子的比荷：4-2X10C/kg 171 正确.] ·55·