课时测评6 回旋加速器 质谱仪-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义配套练习（粤教版）

课时测评6　回旋加速器　质谱仪 (时间：30分钟　满分：50分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－10题，每题5分，共50分) 1．(多选)如图所示，在带电的两平行金属板间有相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度为B，电场强度为E，现有一电子(不计重力)以速度v0平行金属板射入场区，则(　　) A．若v0>，电子沿轨迹Ⅰ运动，出场区时速度v>v0 B．若v0>，电子沿轨迹Ⅱ运动，出场区时速度v<v0 C．若v0<，电子沿轨迹Ⅰ运动，出场区时速度v>v0 D．若v0<，电子沿轨迹Ⅱ运动，出场区时速度v<v0 答案：BC 解析：电子进入电磁场中，受到洛伦兹力与电场力两个力作用，由左手定则判断可知，洛伦兹力方向向下，而电场力方向向上。若v0>，则qv0B>qE，即洛伦兹力大于电场力，电子向下偏转，沿轨迹Ⅱ运动，洛伦兹力不做功，而电场力对电子做负功，动能减小，速度减小，故速度v<v0，A错误，B正确；若v0<，则qv0B<qE，即洛伦兹力小于电场力，电子向上偏转，沿轨迹Ⅰ运动，洛伦兹力不做功，而电场力对电子做正功，动能增大，速度增大，故速度v>v0，C正确，D错误。 2．(2024·四川乐山高二期末)如图为某回旋加速器示意图，利用回旋加速器对粒子进行加速，D形盒中的磁场的磁感应强度大小为B，加速电压为U。忽略相对论效应和粒子在D形盒缝隙间的运动时间，下列说法中正确的是(　　) A．粒子从磁场中获得能量 B．减小D形盒半径R、增大磁感应强度B，粒子获得的最大动能一定增大 C．只增大加速电压U，粒子在回旋加速器中运动的时间变短 D．只增大加速电压U，粒子获得的最大动能增大 答案：C 解析：粒子从电场中获得能量，A错误；粒子的最大动能为Ekm＝mvm2，根据牛顿第二定律有qvmB＝m，解得Ekm＝＝，减小D形盒半径R、增大磁感应强度B，粒子获得的最大动能不一定增大，B错误；根据Ekm＝，粒子获得的最大动能与加速电压U无关，只增大加速电压U，只能减少加速的次数，粒子获得的最大动能不能增大，D错误；粒子每运动一周增加动能2qU，达到最大动能时的时间为t＝nT，n＝，Ekm＝，T＝，解得t＝，只增大加速电压U，粒子在回旋加速器中运动的时间变短，C正确。 3．(2024·深圳市高二期末)如图所示，平行板中存在垂直纸面向里的匀强磁场和匀强电场，平行板外有固定的光滑绝缘轨道。带电小球P从a点由静止滑下，过c点后恰能在板间沿水平方向做直线运动。现使P从b点由静止下滑，在P离开平行板的运动过程中(　　) A．P一定带负电 B．P仍能做直线运动 C．P的电势能将增大 D．P进入磁场时所受的洛伦兹力将增大 答案：C 解析：带电小球P从a点由静止滑下，过c点后恰能在板间沿水平方向做直线运动。若小球带负电，则小球在金属板间受力为竖直向下的重力、电场力与洛伦兹力，不可能受力平衡，若小球带正电，则小球在金属板间受力为竖直向下的重力，竖直向上电场力与洛伦兹力，有可能受力平衡，A错误；由小球受力平衡有mg＝qE＋qvB，P从b点由静止下滑，下滑至c点的速度减小，所受洛伦兹力减小，而重力与电场力大小、方向均不变，所以不再能够受力平衡，也不再能做匀速直线运动，B、D错误；由于洛伦兹力减小，所以小球所受合力方向竖直向下，小球将向下偏转，电场力做负功，电势能增大，C正确。故选C。 4．如图所示，回旋加速器D形盒的半径为r，匀强磁场的磁感应强度为B，一个质量为m、电荷量为q的粒子在加速器的中央从速度为0开始加速，两D形盒之间狭缝的宽度为d，且d≪r。则下列说法正确的是(　　) A．带电粒子离开回旋加速器时获得的最大速度为vmax＝ B．带电粒子离开回旋加速器时获得的最大动能为Ekmax＝ C．若加速电压为U，则带电粒子离开回旋加速器时加速的次数为n＝ D．若加速电压为U，则带电粒子在回旋加速器中加速的总时间为t＝ 答案：B 解析：当带电粒子离开回旋加速器时其速度达到最大，其运动半径也最大，由qvB＝，解得vmax＝，A错误；因为Ek＝mv2，把上式代入得Ekmax＝，B正确；若加速电压为U，则每次加速得到的动能Ek＝qU，加速的次数n＝，将Ekmax＝代入解得n＝，C错误；若加速电压为U，则带电粒子在回旋加速器中加速的总时间为t＝，粒子加速时的加速度大小为a＝，又vmax＝，联立三式解得t＝，D错误。故选B。 5．目前世界上一种新型发电机叫作磁流体发电机，它的发电原理如图所示，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的粒子，从整体来说呈中性)沿图中所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板P、Q，这时金属板上就聚集了电荷。下列说法正确的是(　　) A．P板带负电 B．有电流从b经用电器流向a C．金属板P、Q间的电场方向向上 D．等离子体发生偏转的原因是粒子所受洛伦兹力大于所受电场力 答案：D 解析：根据左手定则知，带正电的粒子向上偏转，带负电的粒子向下偏转，则P板带正电，Q板带负电，故A错误；因为Q板带负电，P板带正电，所以电流从a经用电器流向b，金属板间的电场方向向下，故B、C错误；等离子体发生偏转的原因是粒子所受洛伦兹力大于所受电场力，故D正确。故选D。 6．(2025·佛山市高二校联考阶段练习)19世纪末，汤姆孙的学生阿斯顿设计了质谱仪，并用质谱仪发现了氖-20、氖-22，这两种粒子在质谱仪磁场部分运动时轨道半径的大小情况是(　　) A．氖-20更大 B．氖-22更大 C．一样大 D．不能判断 答案：B 解析：根据粒子在磁场中做圆周运动得qvB＝m，解得r＝；两种粒子射入磁场时的速度大小相等，同时电荷数相等，由于氖-22的质量数大，则氖-22的质量大，可知氖-22的轨道半径更大。故选B。 7．如图所示，一束含不同离子的离子束，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入另一个匀强磁场并分裂为A、B两束，则(　　) A．A束离子的比荷一定大于B束离子的比荷 B．A束离子的动量一定等于B束离子的动量 C．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 D．若仅将离子束电性改为相反，则离子束不能顺利通过速度选择器 答案：A 解析：经过速度选择器后的粒子速度相同，粒子所受电场力和洛伦兹力平衡，满足qvB＝qE，即不发生偏转的粒子具有共同的速度大小v＝，进入磁场区分开，轨道半径不等，根据公式R＝，可知半径大的比荷小，所以A束离子的比荷大于B束离子的比荷，故A正确；A束离子的比荷大于B束离子的比荷，速度相同，由于不清楚电量关系，所以无法知道质量关系，无法判断动量关系，故B错误；两束离子进入磁场后都向左偏，根据左手定则可以判断两束离子都带正电，在速度选择器中，电场方向水平向右，两束离子所受电场力方向向右，所以洛伦兹力方向向左，根据左手定则可知，速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里，故C错误；若仅将离子束电性改为相反，则离子束仍能顺利通过速度选择器，因为电场力与洛伦兹力仍然相互平衡，故D错误。故选A。 8．(2025·浙江台州高二路桥中学期中)如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，下列说法正确的是(　　) A．甲图如果加速电压减小，那么粒子最终的最大动能也会减小 B．乙图可通过增加匀强磁场的磁感应强度来增大电源电动势 C．丙图可以判断出带电粒子的电性，粒子只能从左侧沿直线匀速通过速度选择器 D．丁图中产生霍尔效应时，稳定时一定是D侧面电势高 答案：B 解析：粒子在磁场中满足qvB＝，设回旋加速器D型盒的半径为R，可推导出粒子的最大动能为Ek＝mv2＝，由此可知，粒子的最大动能与加速电压无关，故A错误；当磁流体发电机达到稳定时，电荷在A、B板间受到的电场力和洛伦兹力平衡，即qvB＝q，得电源电动势为E＝Bvd，即可通过增加匀强磁场的磁感应强度来增大电源电动势，故B正确；粒子只有从左侧沿直线匀速通过速度选择器时，电场力与洛伦兹力才方向相反，但无法确定粒子的电性，故C错误；若载流子带负电，则洛伦兹力指向D板，载流子向D板聚集，D侧面电势低，故D错误。故选B。 9．质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场。如图为质谱仪的原理图，设想有一个质量为m、带电荷量为q的粒子(不计重力)由静止开始经电压为U的加速电场加速，然后垂直磁场方向进入磁感应强度为B的偏转磁场中，带电粒子打到底片上的P点，设OP＝x，则下列能正确反映x与U之间的函数关系的是(　　) 答案：B 解析：带电粒子先经加速电场加速，有qU＝mv2，进入磁场后偏转，x＝2r＝，两式联立得x＝ ，知x∝，选项B正确。 10．(2024·深圳市外国语高二期末)回旋加速器的工作原理如图1所示，D1和D2是两个相同的中空半阳金属盒，金属盒的半径为R，它们之间接如图2所示的交变电源，图中U0、T0已知，两个D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中。将一质子从D1金属盒的圆心处由静止释放，质子经过加速后最终从D形盒的边缘射出。已知质子的质量为m，电荷量为q，不计电场中的加速时间，且不考虑相对论效应。下列说法正确的是(　　) A．回旋加速器中所加磁场的磁感应强度B＝ B．质子从D形盒的边缘射出时的速度一定为 C．质子加速和偏转过程中，相邻轨迹间的距离越来越小 D．质子在磁场中的轨迹圆的圆心在同一个点 答案：C 解析：交流电源的周期和质子在D型盒中的周期相同，结合图2可知T0＝，所以B＝，故A错误；质子从D型盒的边缘射出时根据动能定理得nqU＝mv2，得v＝ ，故B错误；质子加速n－2次和n次后的轨道半径分别为rn＝，rn－2＝；则Δr＝(－)，所以随着质子加速和偏转过程，Δr逐渐减小，即相邻轨迹间的距离越来越小，故C正确；质子在磁场中做匀速圆周运动，速度方向为轨迹上每点切线的方向，所以质子在磁场中的轨迹圆的圆心在D型盒的直径上，故D错误。 学生用书第27页 学科网（北京）股份有限公司 $