《（全国版）2019版高考物理一轮复习 第10章 磁场 39 带电粒子在电磁场中运动的实例分析能力训练》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（全国版）2019版高考物理一轮复习 第10章 磁场 39 带电粒子在电磁场中运动的实例分析能力训练（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、39 带电粒子在电磁场中运动的实例分析1. (2017北京海淀区模拟)(多选)如图所示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和匀强电场的强度分别为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，粒子的比荷越小答案ABC解析质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具，故A正确；速度选择器中电场力和洛伦兹力是一对平衡力，
2、即qvBqE，故v，根据左手定则可以确定，速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外，故B、C正确；粒子在匀强磁场中运动的半径r，即粒子的比荷，由此看出粒子的运动半径越小，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越大，故D错误。2(2017江苏常州月考)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两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D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示。设D形盒半径为R。若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f，则下列说法正确的是()A质子被加速后的最大速度不可能
3、超过2fRB质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关C高频电源只能使用矩形交变电流，不能使用正弦式交变电流D不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速粒子答案A解析由T，T，可得质子被加速后的最大速度为2fR，其不可能超过2fR，质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关，A正确、B错误；高频电源可以使用正弦式交变电流，C错误；要加速粒子，高频交流电周期必须变为粒子在其中做圆周运动的周期，即T，故D错误。3.如图是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连。现分别加速氘核 H和氦核 He。下列说法中正确的是()A氘核 H的最大速度较大B
4、它们在D形盒内运动的周期相同C它们的最大动能相同D仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能答案B解析带电粒子在盒内的匀强磁场中偏转时，洛伦兹力提供向心力，即qvBm，解得v，因氘核 H和氦核 He的比荷相同，故它们的最大速度大小相等，A错误；粒子的旋转周期T，可见两粒子的运动周期T相同，B正确；粒子的最大动能Ekmv2，因此两粒子的最大动能不相同，C错误；由表达式Ek看出，粒子的最大动能Ek与高频电源的频率无关，D错误。4医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的
5、连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 V，磁感应强度的大小为0.040 T。则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()A1.3 m/s，a正、b负 B2.7 m/s, a正、b负C1.3 m/s, a负、b正 D2.7 m/s, a负、b正答案A解析血液中正负离子流动时，根据左手定则，正离子受到向上的洛伦兹力，负离子受到向下的洛伦兹力，
6、所以正离子向上偏，负离子向下偏。则a带正电，b带负电。最终血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零，有qqvB，所以v m/s1.3 m/s。故A项正确，B、C、D三项错误。5霍尔元件是一种应用霍尔效应的磁传感器，广泛应用于各领域，如在翻盖手机中，常用霍尔元件来控制翻盖时开启或关闭运行程序。如图是一霍尔元件的示意图，磁场方向垂直霍尔元件工作面，霍尔元件宽为d(M、N间距离)，厚为h(图中上下面距离)，当通以图示方向电流时，MN两端将出现电压UMN，则()AMN两端电压UMN仅与磁感应强度B有关B若霍尔元件的载流子是自由电子，则MN两端电压UMN0，故B错误；当UMN稳定时载流子q受力平衡，电
7、场力等于洛伦兹力，qqvB，电流的微观表达式InqSvnqdhv，联立解得UMN，可知n、q一定，MN两端电压UMN只与B、I、h有关，故A、C错误，D正确。6(2016陕西西安八校联考)如图甲是回旋加速器的原理示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中(磁感应强度大小恒定)，并分别与高频电源相连，加速时某带电粒子的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是()A高频电源的变化周期应该等于tntn1B在Ekt图象中，t4t3t3t2t2t1C粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大D不同粒子获得的最大动能都相
8、同答案B解析回旋加速器所加高频电源的频率与带电粒子在磁场中运动的频率相同，在一个周期内，带电粒子两次通过匀强电场而加速，故高频电源的变化周期为tntn2，A项错误；带电粒子在匀强磁场中的运动周期与粒子速度无关，故B项正确；粒子加速到做圆周运动的半径等于加速器半径时，速度达到最大，即qvmaxBmEkmax，与加速次数无关，C项错误；不同粒子的比荷不一定相同，最大动能也不一定相同，D项错误。7. (多选)为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a1 m、b0.2 m、c0.2 m，左、右两端开口，在垂直于前、后面的方向
9、加磁感应强度为B1.25 T的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极，污水充满装置以某一速度从左向右匀速流经该装置时，测得两个电极间的电压U1 V。且污水流过该装置时受到阻力作用，阻力fkLv，其中比例系数k15 Ns/m2，L为污水沿流速方向的长度，v为污水的流速。下列说法中正确的是()A金属板M电势不一定高于金属板N的电势，因为污水中负离子较多B污水中离子浓度的高低对电压表的示数也有一定影响C污水的流量(单位时间内流出的污水体积)Q0.16 m3/sD为使污水匀速通过该装置，左、右两侧管口应施加的压强差为p1500 Pa答案CD解析根据左手定则，知负离子所受的洛伦兹力方向
10、向下，则向下偏转，N板带负电，M板带正电，则N板的电势比M板电势低，故A错误；最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，有：qvBq，解得：UvBc，与离子浓度无关，故B错误；污水的流速：v，则流量QSvbcv m3/s0.16 m3/s，故C正确；污水的流速：v m/s4 m/s；污水流过该装置时受到阻力：fkLvkav1514 N60 N；为使污水匀速通过该装置，左、右两侧管口应施加的压力差是60 N，则压强差为p Pa1500 Pa，故D正确。8(多选)如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大
11、小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外。一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点。不计粒子重力，下列说法中正确的是()A极板M比极板N电势高B加速电场的电压UC直径PQ2BD若一群离子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点，则该群离子具有相同的比荷答案AD解析带电粒子要打在胶片Q上，由左手定则可知带电粒子带正电，在加速电场中能够加速，则极板M比极板N电势高，A正确；在静电分析器中，带电粒子做圆周运动Eqm，qUmv2，则UER，v，B错误；在磁分析器中，带电粒子垂直
12、磁场进入，PQ2r C错误；若一群离子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点，即半径相同r，qUmv2，得r ，即只与带电粒子比荷有关，D正确。9(2016全国卷)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比约为()A11 B12 C121 D144答案D解析设质子和离子的质量分别为m1和m2，原磁感应强度为B1，改变后的磁感应强度为B2。
13、在加速电场中qUmv2，在磁场中qvBm，联立两式得m，故有144，D正确。10. (2017陕西渭南一模)质谱仪是一种测定带电粒子的质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示。粒子源S产生一个质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，粒子的初速度很小，可以看成是静止的，粒子经过电压U加速进入磁感应强度为B的匀强磁场中，沿着半圆运动轨迹打到底片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对于给定的带电粒子，当磁感应强度B不变时，加速电压U越大，粒子在磁场中运动的时间越长B对于给定的带电粒子，当磁感应强度B不变时，加速电压U越大，粒子在磁场中运动的时间越短C当加速电压
14、U和磁感应强度B一定时，x越大，带电粒子的比荷越大D当加速电压U和磁感应强度B一定时，x越大，带电粒子的比荷越小答案D解析在加速电场中由Uqmv2得v，在匀强磁场中由qvB得R，且R，联立解得，所以当加速电压U和磁感应强度B一定时，x越大，带电粒子的比荷越小，C错误、D正确；粒子在磁场中运动的时间t，与加速电压U无关，A、B错误。11. (2017江西五校联考)(多选)如图所示，含有H(氕核)、H(氘核)、He(氦核)的带电粒子束从小孔O1处射入速度选择器，沿直线O1O2运动的粒子在小孔O2处射出后垂直进入偏转磁场，最终打在 P1、P2两点，则()A打在P1点的粒子是HeB打在P2点的粒子是H和HeCO2P2的长度是O2P1长度的2倍D粒子在偏转磁场中运动的时间都相等答案BC解析带电粒子在沿直线通过速度选择器时，粒子所受的电场力与它受到的洛伦兹力大小相等、方向相反，即qvB1Eq，所以v，可知从速度选择器中射出的粒子具有相同的速度。带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力有qvB2，所以r，可知粒子的比荷越大，则做圆周运动的轨迹半径越小，所以打在P1点的粒子是H，打在P2点的粒子是H和He，故A错误、B正确；由题中的数据可得H的比荷是H和He的比荷的2倍，所以H的轨迹半径是H和He的轨迹半径的，即O2P2的长度是O2P
