高中物理人教版（2019）选择性必修第二册1.4质谱仪与回旋加速器

试卷更新日期：2021-03-25 类型：同步测试

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一、单选题

1. 如图所示为“速度选择器”装置示意图，a、b为水平放置的平行金属板，其电容为C，板间距离为d，平行板内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，a、b板分别带上等量异号电荷后，平行板内产生竖直方向的匀强电场．一带电粒子以速度v0经小孔进入正交电磁场可沿直线OO′运动，
由O′射出，粒子所受重力不计，以下说法正确的是（）

A、a板带负电，其电量为 $C B v_{0} d$ B、a板带正电，其电量为 $\frac{C B v_{0}}{d}$ C、极板间的电场强度E=Bv0，方向竖直向下 D、若粒子的初速度大于v0，粒子在极板间将向右上方做匀加速曲线运动

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二、多选题

2. 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内 C、能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于E/B D、粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小

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3. 如图所示，a、b、c、d四种离子，它们带等量同种电荷，质量为M_a=M_b＜M_c=M_d ，以不等的速率V_a＜V_b=V_c＜V_d进入速度选择器后，有两种离子从选择器中射出，进入磁感应强度为B₂的磁场.由此可以判断(不计离子重力) （）

A、四种离子带正电，射向D₁的是a离子 B、四种离子带负电，射向D₁的是c离子 C、四种离子带正电，射向D₂的是d离子 D、四种离子带负电，射向D₂的是b离子

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4. 1930年劳伦斯制成世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示．这台加速器由两个铜质D形盒D₁、D₂构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（）

A、粒子从电场中获得能量 B、粒子获得最大速度与回旋加速器半径有关 C、粒子获得最大速度与回旋加速器内的电场有关 D、回旋加速器中的电场和磁场交替对带电粒子做功

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5. 如图所示为磁流体发电机的原理图：将一束等离子体垂直于磁场方向喷入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，两板间就会产生电压，如果射入的等离子体速度均为v，两金属板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，等离子体充满两板间的空间．当发电机稳定发电时，电流表示数为I，下列说法正确的是（）

A、上极板A带负电 B、两极板间的电动势为IR C、板间等离子体的内阻是 $\frac{B d v}{I} - R$ D、板间等离子体的电阻率 $\frac{S}{d} (\frac{B d v}{I} - R)$

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6. 如图为回旋加速器的示意图．两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B．一质子从加速器的A处开始加速．已知D形盒的半径为R，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子质量为m，电荷量为q．已知质子在磁场中运动的周期等于交变电源的周期，下列说法正确的是（）

A、质子的最大速度不超过2πRf B、质子的最大动能为 $\frac{q^{2} B^{2} R^{2}}{4 m}$ C、质子的最大动能与U无关 D、若增大电压U，质子的最大动能增大

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7. 如图所示，1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端. 毫安表检测输入霍尔元件的电流，毫伏表检测霍尔元件输出的电压．已知图中的霍尔元件是正电荷导电，当开关S₁、S₂闭合后，电流表A和电表B、C都有明显示数，下列说法中正确的是( )

A、电表B为毫伏表，电表C为毫安表 B、接线端2的电势低于接线端4的电势 C、保持R₁不变、适当减小R₂ ，则毫伏表示数一定增大 D、使通过电磁铁和霍尔元件的电流大小不变，方向均与原电流方向相反，则毫伏表的示数将保持不变

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8. 如图是某化工厂为了测量污水排放量的设计图，在排污管末端安装了流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽高分别为a、b、c，左、右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B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，污水充满管道从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U，若用Q表示污水流量(单位时间内流出的污水体积)，下列说法中正确的是（）

A、M板电势一定低于N板的电势 B、污水流动的速度越大，电压表的示数越大 C、污水中离子浓度越高，电压表的示数越大 D、电压表的示数U与污水流量Q成正比

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9. 自行车速度计是利用霍尔传感器获知自行车的运动速率．如图甲所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器会输出一个脉冲电压。图乙为霍尔传感器的工作原理图。当磁铁靠近霍尔传感器时，导体内定向运动的自由电荷在磁场力作用下偏转，最终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，即为霍尔电势差，下列说法正确的是（）

A、根据单位时间内的脉冲数和前轮半径即可获知车速大小 B、自行车的车速越大，霍尔电势差越高 C、图乙中电流I是由正电荷定向移动形成的 D、如果长时间不更换传感器的电源，霍尔电势差将减小

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三、解答题

10. 如图所示，一束电子以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为 $θ = 60^{°}$ ，求电子的比荷和穿越磁场的时间。

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11. 回旋加速器D形盒的半径为r，匀强磁场的磁感应强度为B。一个质量为m、电荷量为q的粒子在加速器的中央从速度为0开始加速。根据回旋加速器的这些数据，估算该粒子离开回旋加速器时获得的动能。

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12. 回旋加速器两个D形金属盒分别和一高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近。若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为R，求：

(1)、粒子在盒内做何种运动；

(2)、所加交流电源的频率；

(3)、粒子加速后获得的最大动能。

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