1.4 质谱仪与回旋加速器 同步练习-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

2025-2026学年高二物理下学期人教版选择性必修二 第一章第四节质谱仪与回旋加速器同步练习 一、单选题 1．如图所示，一带负电的滑块从粗糙斜面的顶端滑至底端时的速度为，若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，并保证滑块能滑至底端，则它滑至底端时（　　） A．速率变大 B．速率变小 C．速率不变 D．洛伦兹力方向垂直斜面向上 2．如图所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，分别与高频交流电源连接，两个D形金属盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两个D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，忽略粒子在电场中的运动时间，下列说法中正确的是（　　） A．粒子射出时的最大动能与D形金属盒的半径无关 B．加速电压越大，粒子最终射出时获得的动能就越大 C．若增大加速电压，粒子在回旋加速器中运动的时间将减少 D．若增大磁感应强度B，为保证粒子总被加速，必须减小周期性变化电场的频率 3．质谱仪可以用来分析同位素。如图所示，带电粒子先经过加速电场，然后进入速度选择器，速度选择器内存在相互垂直磁感应强度为B的匀强磁场和电场强度为E匀强电场。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。下列表说法确的是（   ） A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里 B．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于 C．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小 D．同一带电粒子，磁感应强度B0越大，粒子打到胶片的位置越靠近狭缝P 4．如图所示，方形金属棒放在匀强磁场中，磁场方向垂直前后表面向外，金属棒通有从左到右的恒定电流I后将会产生霍尔效应，a、b、c分别表示长方体的长、宽、高，则（　　） A．金属棒上表面的电势低于下表面 B．仅增大金属棒长度a，霍尔电压将变小 C．仅增大金属棒宽度b，霍尔电压将变小 D．仅增大金属棒高度c，霍尔电压将变小 5．如图所示，一带电液滴在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中刚好做匀速圆周运动，其轨道半径为R.已知电场的电场强度为E，方向竖直向上；磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，不计空气阻力，设重力加速度为g，则（　　） A．液滴带负电 B．液滴的重力和电场力平衡 C．液滴顺时针运动 D．液滴运动速度大小为 6．如图所示，有理想边界的匀强磁场方向垂直于纸面向外，磁感应强度大小为B。某带电粒子的比荷大小为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，不计粒子重力。下列说法正确的是（　　） A．若只增大U，则粒子可能从P、c之间某位置穿出磁场 B．若只增大U，则粒子可能从d、P之间某位置穿出磁场 C．若只增大B，则粒子可能从ab边某位置穿出磁场 D．若只增大B，则粒子可能从bc边某位置穿出磁场 7．质谱仪的工作原理如图所示，大量带正电的粒子，从容器A下方小孔飘入加速电场，从飞出后，经沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场，最后打到照相底片D上。则粒子打到底片时，距越远的粒子（　　） A．速度越大 B．动量越大 C．动能越小 D．比荷越小 二、多选题 8．如图所示，场强为E的匀强电场方向竖直向下，磁感应强度为B的匀强磁场垂直电场向外，带电量为q的小球（视为质点）获得某一垂直磁场水平向右的初速度，正好做匀速圆周运动，重力加速度为g，下列说法正确的是（    ） A．小球必须带正电 B．小球做匀速圆周运动的周期为 C．小球的质量为 D．若仅把电场的方向改成竖直向上，小球正好做匀速直线运动，则其速度为 9．如图所示，带正电的质点以某一速度从平行板中央，沿平行于板的方向进入正交的匀强电场和匀强磁场中，刚好做匀速直线运动。若进入场区的水平速度增大，质点将向一侧偏转，则下列说法中正确的是（　　） A．质点将向上偏转 B．质点将向下偏转 C．质点运动的速率越来越大 D．质点运动的速率越来越小 10．关于以下四幅课本中的插图，下列说法正确的是（　　） A．图甲是磁流体发电机结构示意图，由图可以判断出极板是发电机的负极 B．图乙是质谱仪结构示意图，打在底片上的位置越靠近入射点，粒子的比荷越小 C．图丙是回旋加速器示意图，若仅增加电压，无法增大粒子飞出加速器时的动能 D．图丁是粒子沿虚线通过速度选择器示意图，若不计粒子重力，由图可以判断出带电粒子的电性 三、填空题 11．如图所示，为一回旋加速器的示意图，其核心部分为处于匀强磁场中的D形盒，两D型盒之间接交流电源，并留有窄缝，离子在窄缝间的运动时间忽略不计。已知D形盒的半径为R，在D1部分的中央A处放有离子源，离子带正电，质量为m、电荷量为q，初速度不计。若磁感应强度的大小为B。忽略离子的重力等因素。加在D形盒间交流电源的周期T=_____；离子加速后可获得的最大动能Ekm=_____。 12．磁流体发电是一项新兴技术，它可以把气体的内能直接转化为电能。下图是磁流体发电机的装置：A、B组成一对平行电极，两极间距为d，内有磁感应强度为B的匀强磁场，现持续将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而整体呈中性)垂直喷射入磁场，每个离子的速度为v，电荷量大小为q，忽略两极之间的等效内阻，稳定时，磁流体发电机的电动势________，设外电路电阻为R，则R上消耗的功率________。 四、解答题 13．如图所示，中性气体分子在容器A中被电离成离子，离子从的狭缝处离开时速度接近于零，进入和间电压为U的加速电场中被加速，再从的狭缝垂直进入匀强磁场，沿半圆轨迹运动并使记录底片在P处感光，离子的质量为m、所带的电荷量为q，匀强磁场的磁感应强度为B，缝到底片上P点的距离为d，试证明：。 14．如图所示，在的空间中存在沿y轴负方向的匀强电场，在的空间中存在方向垂直xOy平面（纸面）向外的匀强磁场，一带电荷量为q、质量为m的带正电的粒子，自y轴上的点以速率沿x轴正方向射入电场；然后经过x轴上的点进入磁场，经磁场偏转后，经过坐标原点O返回第一象限。已知，，不计粒子重力。求： （1）电场强度的大小E； （2）磁感应强度的大小B。 15．某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压U1=5×103V；B为速度选择器，磁场与电磁正交，磁感应强度为B1=0.1T，两板间距离为d=5cm；C为偏转分离器，磁感应强度为B2=0.5T。今有一质量为m=1.0×10-25kg、电荷量为q=1.6×10-18C的正粒子（不计重力），经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动。求： （1）粒子经过加速器后的速度v为多大？ （2）速度选择器两板间电压U2为多大？ （3）粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？ 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B C D C B A D BC AD AC 11． 12． 13．离子在和间加速过程，由动能定理有 在磁场中由洛伦兹力提供向心力 由几何关系有 解得 14．（1）；（2） 15．（1）v=4×105m/s；（2）U2=2×103V；（3）R=0.05m / 学科网（北京）股份有限公司 $