高中物理 磁场（三）带电粒子在复合场中运动的应用实例巩固训练.doc

带电粒子在复合场中运动的应用实例巩固训练1经过回旋加速器加速后，带电粒子获得的动能()a与d形盒的半径无关 b与高频电源的电压无关c与两d形盒间的缝隙宽度无关 d与匀强磁场的磁感应强度无关2. (多选) 如图所示是磁流体发电机的原理示意图，金属板m、n正对平行放置，且板面垂直于纸面，在两极板之间接有电阻r.在极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场。当等离子束(分别带有等量正、负电荷的离子束)从左向右进入极板时，下列说法中正确的是()an板的电势高于m板的电势 bm板的电势高于n板的电势cr中有由b向a方向的电流 dr中有由a向b方向的电流3在回旋加速器内，带电粒子在半圆形盒内经过半个圆周所需要的时间与下列量有关的是()a带电粒子运动的速度 b带电粒子运动的轨迹半径c带电粒子的质量和电荷量 d带电粒子的电荷量和动量4. 如图所示，沿直线通过速度选择器的正离子从狭缝s射入磁感应强度为b2的匀强磁场中，偏转后出现的轨迹半径之比为r1r212，则下列说法正确的是()a离子的速度之比为12 b离子的电荷量之比为12c离子的质量之比为12 d以上说法都不对5(双选) 磁流体发电机原理如图所示，等离子体以v高速从左向右喷射，两极板间有如图方向的匀强磁场，磁感应强度为b，两板间距为d.则下列说法正确的是()a该发电机上板为正极 b该发电机上板为负极c两板间最大电压为ubdv d两板间最大电压为ued6. 如下图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图速度选择器(也称滤速器)中场强e的方向竖直向下，磁感应强度b1的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度b2的方向垂直纸面向外在s处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于e和b1入射到速度选择器中，若m甲m乙m丙m丁，v甲v乙v丙v丁，在不计重力的情况下，则分别打在p1、p2、p3、p4四点的离子分别是()a甲、乙、丙、丁 b甲、丁、乙、丙c丙、丁、乙、甲 d甲、乙、丁、丙7. 一种测量血管中血流速度仪器的原理如图所示，在动脉血管左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接电压表，设血管直径是2.0 mm，磁场的磁感应强度为0.080 t，电压表测出的电压为0.10 mv，则血流速度大小为()a0.315 m/s b0.625 m/s c1.25 m/s d2.50 m/s8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在交流电压一定的条件下，回旋加速器的半径越大，则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9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，要增大带电粒子射出时的动能，下列说法中正确的是()a增大匀强电场间的加速电压 b增大磁场的磁感应强度c减小狭缝间的距离 d增大d形金属盒的半径10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e/bd粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝p，粒子的比荷越小11. 在翻盖手机中，经常用霍尔元件来控制翻盖时开启或关闭运行程序如图是霍尔元件示意图，磁场方向垂直于霍尔元件工作面，通入图示方向的电流i，mn两端会形成电势差umn，下列说法正确的是()a电势差umn仅与材料有关 b若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差umn(t3-t2)(t4-t3)b. 高频电源的变化周期应该等于(tn-tn-1)c. 高频电源的变化周期应该等于2(tn-tn-1)d. 要想粒子获得的最大动能增大,可增加d形盒的半径19. (多选) 如图所示,导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间,线圈中电流为i,线圈间产生匀强磁场,磁感应强度大小b与i成正比,方向垂直于霍尔元件的两侧面,此时通过霍尔元件的电流为ih,与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压uh满足:uh=kihbd,式中k为霍尔系数,d为霍尔元件两侧面间的距离。电阻r远大于rl,霍尔元件的电阻可以忽略,则( ) a. 霍尔元件前表面的电势低于后表面 b. 若电源的正负极对调,电压表将反偏c. ih与i成正比 d. 电压表的示数与rl消耗的电功率成正比20. 如图，质量为m、电量为e的电子的初速度为零，经电压为u的加速电场加速后进入磁感应强度为b的偏转磁场(磁场方向垂直纸面)，其运动轨迹如图所示以下说法中正确的是()a加速电场的场强方向向上b偏转磁场的磁感应强度方向垂直纸面向里c电子在电场中运动和在磁场中运动时，加速度都不变，都是匀变速运动d电子在磁场中所受洛伦兹力大小为f21. 利用如图所示的方法可以测得金属导体中单位体积内的自由电子数n，现测得一块横截面为矩形的金属导体的宽为b，厚为d，并加有与侧面垂直的匀强磁场b，当通以图示方向电流i 时，在导体上、下表面间用电压表可测得电压为u.已知自由电子的电荷量为e，则下列判断正确的是()a上表面电势高b下表面电势高c该导体单位体积内的自由电子数为d该导体单位体积内的自由电子数为22. 如图所示，m、n为简化的磁流体发电机的两个水平极板，相距d=0.2m，板间有垂直于纸面向外的匀强磁场，b=1.0t。外电路巾可变负载电阻r的最大阻值为10，电离气体（含有大量的正、负带电粒子，且不计重力以速率v=1100ms平行极板由左向右射入，极板间电离气体的等效内阻r=l断开开关s，稳定之后，下列说法正确的是（） am板电势高于n板电势b该发电机的电动势为220 vc该发电机的电动势是由静电力做功产生的d若闭合开关s，负载电阻r=10时发电机输出功率最大23. 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，磁场与电场正交，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？24电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的电子束经过电压为u的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区域，如图所示磁场方向垂直于圆面磁场区的中心为o，半径为r.当不加磁场时，电子束将通过o点而打到屏幕的中心m点为了让电子束射到屏幕边缘p，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度，此时磁场的磁感应强度b应为多少？(已知电子的质量为m、电荷量为e)25回旋加速器d形盒中央为质子流，d形盒的交流电压为u，静止质子经电场加速后，进入d形盒，其最大轨道半径为r，磁场的磁感应强度为b，质子质量为m。求：(1) 质子最初进入d形盒的动能多大；(2) 质子经回旋加速器最后得到的动能多大；(3) 交流电源的频率是多少。26. 质谱仪是用来测定带电粒子质量的一种装置，如下图所示，电容器两极板相距为d，两板间电压为u，极板间的匀强磁场的磁感应强度为b1，方向垂直纸面向外一束电荷量相同质量不同的带正电的粒子沿电容器的中线平行于极板射入电容器，沿直线穿过电容器后进入另一磁感应强度为b2的匀强磁场，方向垂直纸面向外结果分别打在感光片上的a、b两点，设a、b两点之间距离为x，粒子所带电荷量为q，且不计重力求：(1) 粒子进入磁场b2时的速度v；(2) 打在a、b两点的粒子的质量之差m.27. 1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器回旋加速器的工作原理如右图所示，置于高真空中的d形金属盒半径为r，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计磁感应强度为b的匀强磁场与盒面垂直a处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量为q，在加速器中被加速，加速电压为u.加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。(1) 求粒子第2次和第1次经过两d形盒间狭缝后轨道半径之比；(2) 求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t.28. 如图所示，磁流体发电机的极板相距d0.2 m，极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，b1.0 t外电路中可变负载电阻r用导线与极板相连电离气体以速率v1 100 m/s沿极板射入，极板间电离气体等效内阻r0.1 ，试求此发电机的最大输出功率为多大？29. 一种称为“质量分析器”的装置如图所示。a表示发射带电粒子的离子源，发射的粒子在加速管b中加速，获得一定速率后于c处进入圆形细弯管（四分之一圆弧），在磁场力作用下发生偏转，然后进入漂移管道d。若粒子质量不同、或电量不同、或速率不同，在一定磁场中的偏转程度也不同。如果偏转管道中心轴线的半径一定，磁场的磁感应强度一定，粒子的电荷和速率一定，则只有一定质量的粒子能自漂移管道d中引出。已知带有正电荷q=1.610-19的磷离子质量为m=51.110-27kg，初速率可认为是零，经加速管b加速后速率为v=7.9105m/s。求（都保留一位有效数字）： 加速管b两端的加速电压应为多大？ 若圆形弯管中心轴线的半径r=0.28m，为了使磷离子自漂移管道引出，则图中虚线所围正方形区域内应加磁感应强度为多大的匀强磁场？答案与解析1.【答案】bc【解析】由r，ekmv2m，r为回旋加速器中d形盒的半径。2.【答案】bd3.【答案】c【解析】 回旋加速器d形盒内有匀强磁场，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，经过半个圆周时间t为周期t的 ，又因为t，所以t，故经过半个圆周所需时间与 有关，与速度无关，故c正确，a、b、d错误。5.【答案】ac6.【答案】 b【解析】在速度选择器中有：eqb1qv，即满足ve/b1，因为e和b1都是定值，所以只允许速度为v的带电粒子通过。若速度大于v则洛伦兹力大于电场力，打在上极板上，即p2为丁；同理p1为甲、乙和丙速度相同，在磁场内偏转，因为r，质量大的偏转半径r大，即p3为乙，p4为丙所以选b.7.【答案】 b【解析】 血液中的运动电荷在洛伦兹力作用下偏转，在血管壁上聚集，在血管内形成一个电场，其方向与磁场方向垂直，运动电荷受到的电场力与洛伦兹力平衡时，达到了一种平衡状态。qqvb，所以v m/s0.625 m/s.8.【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，故a选项正确；粒子获得的动能ek，对同一粒子，回旋加速器的半径越大，粒子获得的动能越大，故c选项正确。9.【答案】bd【解析】 当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由牛顿第二定律qvbm，得v。若d形盒的半径为r，则rr时，带电粒子的最终动能ekmmv2，所以要提高加速粒子射出时的动能，应尽可能增大磁感应强度b和加速器的半径r。10.【答案】abc【解析】粒子在题图中的电场中加速，说明粒子带正电，其通过速度选择器时，电场力与洛伦兹力平衡，则洛伦兹力方向应水平向左，由左手定则知，磁场的方向应垂直纸面向外，选项b正确；由eqbqv可知，ve/b，选项c正确；粒子打在胶片上的位置到狭缝的距离即为其做匀速圆周运动的直径d，可见d越小，则粒子的比荷越大，d不同，则粒子的比荷不同，因此利用该装置可以分析同位素，a正确，d错误。11.【答案】d13.【答案】d【解析】 由qumv2，得v，x2r，所以r，x，可以看出，x变大，可能是因为m变大，u变大，q变小，b变小，故只有d对。14.【答案】c【解析】 由左手定则知，金属中的电子在洛伦兹力的作用下将向前侧面聚集，故m负、n正。由f电f，即ebev，inevsnevab，得b。15.【答案】c【解析】由于上表面电势低，根据左手定则判断出自由运动电荷带负电，排除b、d两项电荷稳定时，所受电场力和洛伦兹力平衡，|q|q|vb 。由电流的微观表达式知：i|q|nsv|q|nabv 。由联立，得n，故选项c正确。16.【答案】b【解析】由左手定则可判定甲束粒子带负电，乙束粒子带正电，a错；粒子在磁场中做圆周运动满足b2qvm，即，由题意知r甲r乙，所以甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷，b对；由qeb1qv知能通过狭缝s0的带电粒子的速率等于，c错；由知，d错。17.【答案】ac【解析】 由于电子和正电子带电性相反，若入射速度方向相同时，受力方向相反，则偏转方向一定相反，选项a正确；由于电子和正电子的入射速度大小未知，根据 r 可知，运动半径不一定相同，选项b错误；虽然质子和正电子带电量及电性相同，但是两者的mv未知，根据r，则根据运动轨迹无法判断粒子是质子还是正电子，选项c正确；由ekmv2，则r，可知粒子的动能越大，它在磁场中运动轨迹的半径越大，选项d错误。18.【答案】cd【解析】 由图可知粒子在单个d形盒内运动的时间为tn-tn-1,由于在磁场中粒子运动的周期与速度无关,所以t2-t1=t3-t2=t4-t3,选项a错误;高频电源的变化周期为2(tn-tn-1),选项b错误,c正确;粒子从d形盒边缘射出时动能最大,此时速率v=qbrm,增大d形盒的半径r,可增大粒子的最大速率,选项d正确。20.【答案】d【解析】 电子向上运动，则电场场强方向应与电子运动方向相反，向下，故a错误；电子进入磁场后，向左偏转，由左手定则知，磁场方向应垂直纸面向外，b错误；电子进入磁场后洛伦兹力不做功，但其加速度方向时刻变化，c错误；电场力对电子加速有eumv，电子进入磁场后受到的洛伦兹力为febv0，可得f，d正确。21.【答案】bd【解析】 根据左手定则，电子向上表面偏转，下表面失去电子带正电，所以下表面电势高。故a错误，b正确。再根据eud =evb i=nesv=nebdv，得n=，故c错误,d正确。22.【答案】b【解析】 根据左手定则知，正电荷向下偏，负电荷向上偏，则m板的电势低于n板的电势，故a错误。根据qvb=