1.4 质谱仪与回旋加速器 同步课时训练（Word版含答案）

1.4 质谱仪与回旋加速器 同步课时训练
一、单选题
1．（2022·河北沧州·高二期末）如图所示，空间存在水平向右的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场，一质量为m的带电小球以初速度沿与电场方向成45°夹角射入场区，当其沿直线运动到某一位置时，电场方向突然变为竖直向上。已知带电小球的比荷为k，则下列有关说法正确的是（　　）
A．小球一定带负电 B．电场方向改变后小球做匀速圆周运动
C．电场强度大小为gk D．电场强度与磁感应强度之比为
2．（2022·四川·眉山市彭山区第一中学高三阶段练习）如图所示的速度选择器水平放置，两板间距离与板长相等，板间分布如图所示的正交匀强电场与匀强磁场．第一次：一带正电的粒子（不计重力）从两板左侧中点O处沿图中虚线水平向右射入速度选择器，恰好做匀速直线运动；第二次：撤去磁场，保留电场，粒子以相同速度从O点进入电场，恰好从上板极右边缘b点离开电场区：第三次：撤去电场，保留磁场，粒子以相同速度从O点进入磁场，粒子将打在下板极cd上某位置．粒子第二次在电场中的运动时间与粒子第三次在磁场中的运动时间的比值是（　　）
A． B． C． D．
3．（2022·四川凉山·高二期末）研究某种射线装置的示意图如图所示。射线源发出的射线以一定的初速度沿直线射到荧光屏上的中央O点，出现一个亮点。在板间加上垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场后，射线在板间做半径为r的圆周运动，然后打在荧光屏的P点。若在板间再加上一个竖直向下电场强度为E的匀强电场，亮点又恰好回到O点，由此可知该射线粒子（　　）
A．带负电 B．初速度为v＝
C．比荷为＝ D．比荷为＝
二、多选题
4．（2022·河北·临城中学高二开学考试）图为质谱仪的结构图，该质谱仪由速度选择器与偏转磁场两部分组成，已知速度选择器中匀强磁场的磁感应强度大小为B1、电场强度大小为E，荧光屏PQ下方匀强磁场的方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B2。三个质量均为m、电荷量不同的粒子沿竖直方向经速度选择器由荧光屏上的狭缝O进入偏转磁场，最终打在荧光屏上的S1、S2、S3处，相对应的三个粒子的电荷量的绝对值分别为q1、q2、q3，S1、S3间的距离为△x，忽略粒子所受的重力以及粒子间的相互作用。下列说法正确的是（　　）
A．三个粒子均带正电 B．粒子进入偏转磁场的速度大小是
C．q15．（2022·云南·昆明市第一中学西山学校高三阶段练习）图甲为某环保监测站所使用的一种污水流量计，其原理可以简化为如图乙所示模型：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，当稳定时，M、N两点间的电压大小为U。下列说法正确的是（ ）
A．M点电势比N点电势低
B．污水的流速为
C．若污水流量减小，可增大空间磁感应强度B的大小保证M、N间电势差不变
D．污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速
6．（2022·河北省唐县第一中学高三阶段练习）直角坐标系xOy如图所示，为第四象限内的一点，一质量为m、电量为q的负电荷（电荷重力不计）从原点O以初速度沿y轴正方向射入，第一次在整个坐标系内加垂直纸面向内的匀强磁场，该电荷恰好能通过P点；第二次保持区域磁场不变，而将区域磁场改为沿x轴方向匀强电场，该电荷仍通过P点，以下选项正确的是（ ）
A．匀强磁场的磁感应强度
B．匀强电场的电场强度
C．电荷从O点运动到P点，第二次所用时间一定短些
D．电荷通过P点时的速度，第二次与x轴负方向的夹角一定大些
7．（2022·河北省唐县第一中学高三阶段练习）如图所示，在坐标系xOy的第四象限内有沿x轴负方向的匀强电场，第一象限内有垂直于纸面向里的匀强磁场，匀强电场和匀强磁场在图中均未画出。现从点向电场中发射一速度大小v0=4m/s、方向与y轴正方向成θ=60°的带电粒子，该粒子到达x轴上的N点时速度方向垂直于x轴，最终与y轴正方向成θ=60°离开磁场。不计粒子受到的重力，下列说法正确的是（　　）
A．粒子经过N点时的速度大小为2m/s B．N点的坐标为（2m，0）
C．电场强度与磁感应强度的大小之比为6m/s D．该粒子在电场和磁场中运动的总时间为
8．（2022·河南·高三阶段练习）回旋加速器的工作原理如图所示，D形金属盒的半径为R，两D形盒间狭缝的宽度为d，匀强磁场的磁感应强度大小为B、方向与盒面垂直。D形金属盒的中心O处有一粒子源，能产生质量为m、电荷量为e的质子（H 的初速度及其所受重力均不计）， 质子在加速电压为U的电场中加速，最终从出口处射出。下列说法正确的是（　　）
A．质子在电场中运动的总时间为
B．质子在磁场中运动的总时间为
C．若仅将电压U增大，则质子从出口处射出的最大动能不变
D．若仅将O处的粒子源改为氘（He）核源，则氘核可获得的最大动能为
9．（2022·全国·高三专题练习）如图甲所示为一个质量为m、电荷量为＋q的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中，（不计空气阻力），现给圆环向右的初速度v0，在以后的运动过程中，圆环运动的速度图象可能正确的是（　　）
A． B． C． D．
10．（2022·安徽·高三开学考试）如图，矩形区域MNPQ存在匀强磁场，现有、（A2>A1）两种同位素X的离子，它们经过同一个加速电场从静止状态加速后，垂直左边界MN从同一位置垂直磁场方向进入矩形区域MNPQ中。已知离子垂直NP射出磁场，出射点为C。离子射出时的方向与边界NP成θ角，出射点为D，测得CD=nNC。若离子在磁场中仅受到洛伦兹力作用，离子的质虽为m1，则离子的质量为（　　）
A． B． C． D．
11．（2021·重庆市求精中学校高三阶段练习）如图甲所示，已知车轮边缘上一质点P的轨迹可看成质点P相对圆心O作速率为v的匀速圆周运动，同时圆心O向右相对地面以速率v作匀速运动形成的，该轨迹称为圆滚线。如图乙所示，空间存在竖直向下的大小为E匀强电场和水平方向（垂直纸面向里）大小为B的匀强磁场，已知一质量为m电量大小为q的正离子在电场力和洛伦兹力共同作用下，从静止开始自A点沿曲线ACB运动（该曲线属于圆滚线），到达B点时速度为零，C为运动的最低点。不计重力，则（　　）
A．该离子电势能先增大后减小
B．A、B两点位于同一高度
C．到达C点时离子速度最大，大小为
D．A点运动到B点的时间为
三、填空题
12．（2022·福建·厦门一中高二阶段练习）如图所示是医用回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频交流电源相连，保持回旋加速器中所加磁场不变，分别加速氚核（H）和氦核（He），则加速氚核（H）和氦核（H）时所加高频电源的频率之比为________，氚核（H）和氦核（He）的最大速度之比为________。
13．（2022·上海·模拟预测）如图为电磁流量计的示意图，圆管用非磁性材料制成，匀强磁场方向如图所示。当管中的导电液体流过磁场区域时，测出管壁上a、b两点间的电势差U就可以知道管中液体的流量——单位时间内流过管道横截面的液体体积Q。已知圆管直径为d，磁感应强度为 B，设管中各处液体的流速v相同。可推得：Q与v的比例系数为_______，Q与U的关系式为：Q＝_______。
14．（2021·河北·邢台一中高二阶段练习）如图所示宽度为d、厚度为h的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当有电流I通过金属板时，在金属板上侧面A和下侧面A′间产生电势差．
（1）金属板上侧面A电势____________下侧面电势（填高于或低于）；
（2）若金属板内单位体积内自由电子数为n，则产生的电势差U=___________________．
15．（2021·江苏·启东中学高二阶段练习）一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”。这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为1元电荷，即q=1.6×10-19 C。霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以自动控制升降电动机的电源的通断等。在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽ab=1.0×10-2 m、长bc=L=4.0×10-2 m、厚h=1×10-3m，水平放置在竖直向上的磁感应强度B=1.5T的匀强磁场中，bc方向通有=3.0A的电流，如图所示，沿宽度产生1.0×10-5 V的横电压。
（1）假定载流子是电子，a、b两端中电势较高的哪端是______；
（2）薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率是______。
四、解答题
16．（2022·河北·高三专题练习）空间中有一个水平向右不断发射速度一定的相同带电粒子的粒子源，粒子刚好沿直线打到竖直屏幕的O点处。若在该空间同时加垂直纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场，粒子恰好又能沿直线打到屏幕的O点，如图1所示。若撤去电场，只保留磁场，粒子到达屏幕时速度的偏转角为，偏转距离为，所用时间为，如图2所示。若只保留电场，粒子到达屏幕时竖直方向上的偏转距离为，所用时间为，偏转角为，如图3所示。不计粒子重力，求：
（1）的值；（2）的值；（3）的值。
17．（2022·陕西·大荔县教学研究室高二期末）质谱仪是测定带电粒子质量以及研究同位素的重要工具。如图是质谱仪工作原理的示意图。电荷量为q的带电粒子a、b（在A点初速度为零，不计重力）经电压U加速后，进入磁感应强度为B的强磁场中做匀速圆周运动，最后打在感光板上。若以粒子射入磁场的位置为原点O，沿感光板建立坐标轴。请推导粒子打在感光板上的位置坐标x与粒子质量m的关系式，并比较粒子a、b的质量大小。
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参考答案：
1．B
2．B
3．D
4．AD
5．AC
6．BCD
7．AC
8．AC
9．AD
10．AD
11．BC
12．
13．
14． 低于
15． a
16．（1）；（2）；（3）
17．；
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