（江苏专用版）高考物理总复习 第八章 微专题6 带电粒子与现代科技的结合练习（含解析）-人教版高三物理试题

微专题6带电粒子与现代科技的结合一、单项选择题1.如图所示是一速度选择器,当粒子速度满足v0=EBA.粒子射入的速度一定是v>EB B.粒子射入的速度可能是v<C.粒子射出时的速度一定大于射入速度 D.粒子射出时的速度一定小于射入速度答案B粒子可能带正电或负电,根据题图可知,若粒子带正电,则qvB>qE,v>EB,电场力做负功,粒子射出时速度小于射入速度;若粒子带负电,则qvB<qE,v<E2.(2018昆山月考)如图有a、b、c、d四个粒子,它们带等量同种电荷,质量不等有ma=mb<mc=md,以不等的速率va<vb=vc<vd进入速度选择器后,有两种粒子从速度选择器中射出进入B2磁场。由此可判定()A.射向P1板的是a粒子 B.射向P2板的是b粒子C.射向A1的是c粒子 D.射向A2的是d粒子答案A通过在磁场中偏转知,粒子带正电。在速度选择器中,有qE=qvB,v=EB,只有速度满足一定值的粒子才能通过速度选择器,所以只有b、c两粒子能通过速度选择器。a的速度小于b的速度,所以a的电场力大于洛伦兹力,a向P1板偏转,故A项正确,B项错误;只有b、c两粒子能通过速度选择器进入磁场B2,根据r=mvqB2,知质量大的半径大,可知射向A3.(2018仪征中学模拟)图甲是回旋加速器的示意图,其核心部分是两个D形金属盒,D形盒与高频电源相连,且置于垂直于盒面的匀强磁场中,带电粒子在电场中的动能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.在Ek-t图中有t4-t3<t3-t2<t2-t1B.在Ek-t图中有Ek4-Ek3=Ek3-Ek2=Ek2-Ek1C.若粒子加速次数越多,则射出加速器的粒子动能就越大D.若加速电压越大,则射出加速器的粒子动能就越大答案B根据周期公式T=2πmqB知,粒子的回旋周期不变,与粒子的速度无关,所以t4-t3=t3-t2=t2-t1,故A错误;每次加速获得的能量相同,在Ek-t图中有Ek4-Ek3=Ek3-Ek2=Ek2-Ek1,故B正确;由qvB=mv24.(2019盐城中学月考)如图所示,一段长方体形导电材料,左右两端面的边长都为a和b,内有带电荷量为q的某种自由运动电荷。导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中,内部磁感应强度大小为B。当通以从左到右的稳恒电流I时,测得导电材料上、下表面之间的电压为U,且上表面的电势比下表面的低。由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为()A.IB|q|bU,负 B.IB|q|bU,正答案A上表面的电势比下表面的低,根据左手定则可判断自由电荷带负电,稳定时,Bqv=qUa,解得U=Bav,又I=nqSv,S=ab,联立解得n=IB5.如图为一种改进后的回旋加速器示意图,其中盒缝间的加速电场场强大小恒定,且被限制在A、C板间,虚线中间不需加电场,如图所示,带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动,对这种改进后的回旋加速器,下列说法正确的是()A.带电粒子每运动一周被加速两次 B.带电粒子每运动一周P1P2=P2P3C.加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关 D.加速电场方向需要做周期性的变化答案C带电粒子只有经过A、C板间时被加速,即带电粒子每运动一周被加速一次。电场的方向没有改变,则在A、C间加速,故A、D项错误;根据r=mvqB得,则P1P2=2(r2-r1)=2mΔvqB,因为每转一圈被加速一次,根据v22-v12=2ad,知每转一圈,速度的变化量不等,且v3-v2<v2-v1,则P1P2二、多项选择题6.(2018泰州模拟)如图所示为一利用海流发电的原理图,用绝缘材料制成一个横截面为矩形的管道,在管道的上、下两个内表面装有两块电阻不计的金属板M、N,板长为a、宽为b,板间的距离为d,将管道沿海流方向固定在海水中,在管道中施加与前后表面垂直的匀强磁场,磁感应强度大小为B,将航标灯与两金属板连接(图中未画出)。海流方向如图,海流速率为v,下列说法正确的是()A.M板的电势高于N板的电势 B.该海流发电机的电动势为BdvC.该海流发电机的电动势为Bav D.管道内海水受到的安培力方向向左答案ABD海水中的正离子受到的洛伦兹力方向向上,所以正离子向上偏转,即M板带正电;负离子受到的洛伦兹力方向向下,所以负离子向下偏转,N板带负电,可知M板的电势高于N板的电势,故A项正确;M、N两板间形成电场,当离子所受的洛伦兹力和电场力平衡时,两板间的电压稳定,即qUd7.(2018苏北四市一调)在一个很小的矩形半导体薄片上,制作四个电极E、F、M、N,做成了一个霍尔元件。在E、F间通入恒定电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,M、N间的电压为UH。已知半导体薄片中的载流子为正电荷,电流与磁场的方向如图所示,下列说法正确的有()A.N板电势高于M板电势 B.磁感应强度越大,M、N间电势差越大C.将磁场方向变为与薄片的上、下表面平行,UH不变 D.将磁场和电流分别反向,N板电势低于M板电势答案AB根据左手定则,电流的方向向里,自由电荷受力的方向指向N端,向N端偏转,则N板电势高,故A项正确;设左右两个表面相距为d,电子所受的电场力等于洛伦兹力,即:设材料单位体积内电子的个数为n,材料截面积为S,则eUHd=evB①;I=neSv②;S=dL③;由①②③得:UH=BIned,令k=1ne,则UH=BI8.(2018丹阳中学模拟)电磁泵在目前的生产、科技中得到了广泛应用。如图所示,泵体是一个长方体,ab边长为L1,两侧端面是边长为L2的正方形;流经泵体内的液体密度为ρ,在泵头通入导电剂后液体的电导率为σ(电阻率的倒数),泵体所在处有方向垂直前表面向外的磁场B,把泵体的上下两表面接在电压为U(内阻不计)的电源上,则()A.泵体上表面应接电源正极 B.通过泵体的电流I=UC.增大磁感应强度可获得更大的抽液高度 D.增大液体的电阻率可获得更大的抽液高度答案AC当泵体上表面接电源的正极时,电流从上向下流过泵体,这时受到的磁场力水平向左,拉动液体,故A项正确;根据电阻定律,泵体内液体的电阻R=ρLS=1σ·L2L1L2三、非选择题9.(2017南通调研)粒子速度选择器的原理图如图所示,两水平长金属板间有沿水平方向、磁感应强度为B0的匀强磁场和方向竖直向下、电场强度为E0的匀强电场。一束质量为m、电荷量为q的带电粒子,以不同的速度从小孔O处沿中轴线射入此区域。研究人员发现有些粒子能沿中轴线运动并从挡板上小孔P射出此区域,其他还有些带电粒子也能从小孔P射出,射出时的速度与预期选择的速度的最大偏差为Δv,通过理论分析知道,这些带电粒子的运动可以看做沿中轴线方向以速度为v1的匀速直线运动和以速率v2在两板间的匀强磁场中做匀速圆周运动的合运动,以速度v1运动时所受的洛伦兹力恰好和带电粒子所受的电场力相平衡,v1、v2和Δv均为未知量,不计带电粒子重力及粒子间相互作用。(1)若带电粒子能沿中轴线运动,求其从小孔O射入时的速度v0的大小;(2)增大磁感应强度后,使带电粒子以(1)中速度v0射入,要让所有带电粒子不能打到水平金属板,两板间距d应满足什么条件?(3)磁感应强度为B0时,为了减小从小孔P处射出粒子速度的最大偏差量Δv,从而提高速度选择器的速度分辨本领,水平金属板的长度L应满足什么条件?答案(1)E0B0(2)d>m解析(1)带电粒子能沿中轴线运动,过程中受力平衡,则qv0B0=qE0,解得v0=E(2)设磁感应强度增为B,对速度为v1的匀速直线分运动有qv1B=qE0,解得v1=E0B匀速圆周分运动的速率v2=v0-v1由向心力公式有qv2B=m则有r=mE0q1B0B当B=2B0时,半径有最大值rm=m要让所有带电粒子都不能打到水平金属板,应满足d2>2rm,即d>(3)要提高速度选择器的速度分辨率,就要使不能沿中轴线运动的粒子偏离中轴线有最大的距离,圆周分运动完成半周期的奇数倍,则L=v0(2n-1)T2圆周运动的周期T=2π故应满足的条件为L=(210.(2018南京调研)同步回旋加速器结构如图甲所示,轨道磁铁产生的环形磁场在同一时刻处处相等,带电粒子在环形磁场的控制下沿着固定半径的轨道做匀速圆周运动,穿越沿途设置的高频加速腔从中获取能量,如图乙所示。同步加速器中磁感应强度随被加速粒子速度的增加而增加,高频加速电场的频率与粒子回旋频率保持同步。已知圆形轨道半径为R,被加速粒子的质量为m、电荷量为+q,加速腔的长度为L,且L≪R,当粒子进入加速腔时,加速电压的大小始终为U,粒子离开加速腔时,加速腔的电压为零。已知加速腔外无电场、腔内无磁场;不考虑粒子的重力、相对论效应对质量的影响以及粒子间的相互作用。若在t=0时刻将带电粒子从板内a孔处静止释放,求:(1)带电粒子第1次从b孔射出时的速度的大小v1;(2)带电粒子第k次从b孔射出时圆形轨道处的磁感应强度Bk以及下一次经过b孔的时间间隔Tk;(3)若在a处先后连续释放多个上述粒子,这些粒子经过第1次加速后形成一束长度为l1的粒子束(l1<L),则这一束粒子作为整体可以获得的最大速度vmax。答案见解析解析(1)由动能定理有qU=12m解得粒子第1次加速后的速度v1=2(2)每次加速电压相同,则加速k次的速度vk满足kqU=12m带电粒子在磁场中做匀速圆周运动Bkqvk=mv解得Bk=1带电粒子经过b孔的时间间隔Tk=2πR-由于L≪R,则Tk≈2π解得Tk=πR2(3)粒子束经过k次加速后的速