高中物理人教版选修3-1能力提升测试卷 ：第三章+第6节带电粒子在匀强磁场中的运动+Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-1能力提升测试卷 ：第三章+第6节带电粒子在匀强磁场中的运动+Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 133.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-05-30 19:36:36 | ||
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文档简介
第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动
第1课时 带电粒子在匀强磁场中的运动
1.洛伦兹力方向总是加速电压，离子源处在中心O附近，匀强磁场垂直于D形盒表面。
粒子在两盒空间的匀强磁场中，做匀速圆周运动，在两盒间的空隙中，被电场加速。如果交变电场的周期与粒子在磁场中的运动周期相同，粒子在空隙中总被加速，半径r逐渐增大，达到预定速率后，用静电偏转极将高能粒子引出D形盒用于科学研究。
(3)用途：加速器是使带电粒子获得高能量的装置，是科学家探究原子核的有力工具，而且在工、农、医药等行业得到广泛应用。
考点一
质谱仪
1.(多选)如图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，粒子的荷质比越小
答案 ABC
解析 因同位素原子的化学性质完全相同，所以无法用化学方法进行分析，质谱仪是分析同位素的重要工具，A正确；在速度选择器中，带电粒子所受电场力和洛伦兹力在粒子沿直线运动时应等大反向，结合左手定则可知B正确；再由qE＝qvB有v＝，C正确；在匀强磁场B0中R＝，所以＝，即R越小，荷质比越大，D错误。
考点二
回旋加速器
2.(多选)用回旋加速器来加速质子，为了使质子获得的动能增加为原来的4倍，原则上可以采用下列哪几种方法( )
A．将其磁感应强度增大为原来的2倍
B．将其磁感应强度增大为原来的4倍
C．将D形盒的半径增大为原来的2倍
D．将D形盒的半径增大为原来的4倍
答案 AC
解析 粒子在回旋加速器中旋转的最大半径等于D形盒的半径R，由R＝得粒子最大动能Ek＝mv2＝，欲使最大动能为原来的4倍，可将B或R增大为原来的2倍，A、C正确。
1.
(多选)如图所示，一束正离子先后通过正交电场磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子流在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径又相同，则说明这些正离子具有相同的( )
A．电荷 B．质量 C．速度 D．比荷
答案 CD
解析 离子在区域Ⅰ内不偏转，则有qvB1＝qE，v＝，说明离子有相同速度，C正确；在区域Ⅱ内半径相同，由r＝知，离子有相同的比荷，D正确；至于离子的电荷与质量是否相等，由题意无法确定，A、B错误。
2.
(多选)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两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的匀强电场，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面的匀强磁场中，如图所示，设匀强磁场的磁感应强度为B，D形金属盒的半径为R，狭缝间的距离为d，匀强电场间的加速电压为U，要增大带电粒子(电荷量为q，质量为m，不计重力)射出时的动能，则下列方法中正确的是( )
A．增大匀强电场间的加速电压
B．减小狭缝间的距离
C．增大磁场的磁感应强度
D．增大D形金属盒的半径
答案 CD
解析 粒子在电场中加速，在磁场中偏转，每次加速过后，粒子的偏转半径都会增大，所以D形盒的半径越大，粒子得到加速的次数越多，粒子从D形盒射出时的动能就越大，即粒子射出时最大速度有qvB＝m，v＝，动能Ek＝m2＝，要想增大带电粒子射出时的动能，可以增大磁场的磁感应强度，增大D形金属盒的半径，C、D正确。
3．(多选)在回旋加速器中( )
A．电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋
B．电场和磁场同时用来加速带电粒子
C．在磁场一定的条件下，回旋加速器的半径越大，则同一带电粒子获得的动能越大
D．同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的大小有关，而与交流电压的频率无关
答案 AC
解析 电场的作用是使粒子加速，磁场的作用是使粒子回旋，A正确，B错误；由qvB＝m，Ek＝mv2知粒子获得的动能Ek＝，在磁场一定的条件下，对同一粒子，回旋加速器的半径越大，粒子获得的动能越大，与交流电压无关，C正确，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以及一对磁极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，两触点间的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 μV，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( )
A．1.3 m/s，a正、b负 B．2.7 m/s，a正、b负
C．1.3 m/s，a负、b正 D．2.7 m/s，a负、b正
答案 A
解析 血液中的离子在磁场的作用下会在a，b之间形成电势差，当电场给离子的力与洛伦兹力大小相等时达到稳定状态(与速度选择器原理相似)即qvB＝q，血流速度v＝≈1.3 m/s，又由左手定则可得a为正极，b为负极，A正确。
5．(多选)目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，如图表示它的原理：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离子，而从整体上来说呈中性)沿图示方向喷射入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压，以下说法正确的是( )
A．B板带正电
B．A板带正电
C．其他条件不变，只增大射入速度，UBA增大
D．其他条件不变，只增大磁感应强度，UBA增大
答案 ACD
解析 根据左手定则，等离子体射入时，正离子向下板偏转，负离子向上板偏转，故B板带正电，A板带负电，A正确，B错误；随着正负离子的不断积聚，在AB板之间产生附加电场，当离子所受电场力等于洛伦兹力时达到平衡状态，此时q＝qvB，解得：UBA＝Bdv，故其他条件不变，只增大射入速度或只增大磁感应强度，UBA都会变大，C、D正确。
6.
质谱仪原理如图所示，a为粒子加速器，电压为U1；b为速度选择器，匀强磁场与匀强电场正交，磁感应强度为B1，板间距离为d；c为偏转分离器，磁感应强度为B2。今有一质量为m、电荷量为e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)粒子的速度v为多少？
(2)速度选择器的电压U2为多少？
(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？
答案 (1) (2)B1d (3)
解析 (1)在a中，e被加速电场U1加速，由动能定理有eU1＝mv2得v＝ 。
(2)在b中，e受的电场力和洛伦兹力大小相等，即
e＝evB1，代入v值得U2＝B1d 。
(3)在c中，e受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动，半径
R＝，代入v值解得R＝ 。
第1课时 带电粒子在匀强磁场中的运动
1.洛伦兹力方向总是加速电压，离子源处在中心O附近，匀强磁场垂直于D形盒表面。
粒子在两盒空间的匀强磁场中，做匀速圆周运动，在两盒间的空隙中，被电场加速。如果交变电场的周期与粒子在磁场中的运动周期相同，粒子在空隙中总被加速，半径r逐渐增大，达到预定速率后，用静电偏转极将高能粒子引出D形盒用于科学研究。
(3)用途：加速器是使带电粒子获得高能量的装置，是科学家探究原子核的有力工具，而且在工、农、医药等行业得到广泛应用。
考点一
质谱仪
1.(多选)如图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，粒子的荷质比越小
答案 ABC
解析 因同位素原子的化学性质完全相同，所以无法用化学方法进行分析，质谱仪是分析同位素的重要工具，A正确；在速度选择器中，带电粒子所受电场力和洛伦兹力在粒子沿直线运动时应等大反向，结合左手定则可知B正确；再由qE＝qvB有v＝，C正确；在匀强磁场B0中R＝，所以＝，即R越小，荷质比越大，D错误。
考点二
回旋加速器
2.(多选)用回旋加速器来加速质子，为了使质子获得的动能增加为原来的4倍，原则上可以采用下列哪几种方法( )
A．将其磁感应强度增大为原来的2倍
B．将其磁感应强度增大为原来的4倍
C．将D形盒的半径增大为原来的2倍
D．将D形盒的半径增大为原来的4倍
答案 AC
解析 粒子在回旋加速器中旋转的最大半径等于D形盒的半径R，由R＝得粒子最大动能Ek＝mv2＝，欲使最大动能为原来的4倍，可将B或R增大为原来的2倍，A、C正确。
1.
(多选)如图所示，一束正离子先后通过正交电场磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子流在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径又相同，则说明这些正离子具有相同的( )
A．电荷 B．质量 C．速度 D．比荷
答案 CD
解析 离子在区域Ⅰ内不偏转，则有qvB1＝qE，v＝，说明离子有相同速度，C正确；在区域Ⅱ内半径相同，由r＝知，离子有相同的比荷，D正确；至于离子的电荷与质量是否相等，由题意无法确定，A、B错误。
2.
(多选)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两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的匀强电场，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面的匀强磁场中，如图所示，设匀强磁场的磁感应强度为B，D形金属盒的半径为R，狭缝间的距离为d，匀强电场间的加速电压为U，要增大带电粒子(电荷量为q，质量为m，不计重力)射出时的动能，则下列方法中正确的是( )
A．增大匀强电场间的加速电压
B．减小狭缝间的距离
C．增大磁场的磁感应强度
D．增大D形金属盒的半径
答案 CD
解析 粒子在电场中加速，在磁场中偏转，每次加速过后，粒子的偏转半径都会增大，所以D形盒的半径越大，粒子得到加速的次数越多，粒子从D形盒射出时的动能就越大，即粒子射出时最大速度有qvB＝m，v＝，动能Ek＝m2＝，要想增大带电粒子射出时的动能，可以增大磁场的磁感应强度，增大D形金属盒的半径，C、D正确。
3．(多选)在回旋加速器中( )
A．电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋
B．电场和磁场同时用来加速带电粒子
C．在磁场一定的条件下，回旋加速器的半径越大，则同一带电粒子获得的动能越大
D．同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的大小有关，而与交流电压的频率无关
答案 AC
解析 电场的作用是使粒子加速，磁场的作用是使粒子回旋，A正确，B错误；由qvB＝m，Ek＝mv2知粒子获得的动能Ek＝，在磁场一定的条件下，对同一粒子，回旋加速器的半径越大，粒子获得的动能越大，与交流电压无关，C正确，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以及一对磁极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，两触点间的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 μV，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( )
A．1.3 m/s，a正、b负 B．2.7 m/s，a正、b负
C．1.3 m/s，a负、b正 D．2.7 m/s，a负、b正
答案 A
解析 血液中的离子在磁场的作用下会在a，b之间形成电势差，当电场给离子的力与洛伦兹力大小相等时达到稳定状态(与速度选择器原理相似)即qvB＝q，血流速度v＝≈1.3 m/s，又由左手定则可得a为正极，b为负极，A正确。
5．(多选)目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，如图表示它的原理：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离子，而从整体上来说呈中性)沿图示方向喷射入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压，以下说法正确的是( )
A．B板带正电
B．A板带正电
C．其他条件不变，只增大射入速度，UBA增大
D．其他条件不变，只增大磁感应强度，UBA增大
答案 ACD
解析 根据左手定则，等离子体射入时，正离子向下板偏转，负离子向上板偏转，故B板带正电，A板带负电，A正确，B错误；随着正负离子的不断积聚，在AB板之间产生附加电场，当离子所受电场力等于洛伦兹力时达到平衡状态，此时q＝qvB，解得：UBA＝Bdv，故其他条件不变，只增大射入速度或只增大磁感应强度，UBA都会变大，C、D正确。
6.
质谱仪原理如图所示，a为粒子加速器，电压为U1；b为速度选择器，匀强磁场与匀强电场正交，磁感应强度为B1，板间距离为d；c为偏转分离器，磁感应强度为B2。今有一质量为m、电荷量为e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)粒子的速度v为多少？
(2)速度选择器的电压U2为多少？
(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？
答案 (1) (2)B1d (3)
解析 (1)在a中，e被加速电场U1加速，由动能定理有eU1＝mv2得v＝ 。
(2)在b中，e受的电场力和洛伦兹力大小相等，即
e＝evB1，代入v值得U2＝B1d 。
(3)在c中，e受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动，半径
R＝，代入v值解得R＝ 。