巩固练习 复合场的实际应用提高.docx
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巩固练习复合场的实际应用提高
【巩固练习】
一、选择题
1、如图所示,两平行、正对金属板水平放置,使上面金属板带上一定量正电荷,下面金属板带上等量的负电荷,再在它们之间加上垂直纸面向里的匀强磁场。
一个带电粒子以某一初速度v0沿垂直于电场和磁场的方向从两金属板左端中央射入后向上偏转。
若带电粒子所受重力可忽略不计,仍按上述方式将带电粒子射入两板间,为使其进入两板间后向下偏转,下列措施中一定不可行方案是()
A.仅增大带电粒子射入时的速度
B.仅增大两金属板所带的电荷量
C.仅减小射入粒子所带电荷量
D.仅改变射入粒子电性
2、如图所示的虚线区域内,充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场。
一带电粒子a(不计重力)以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域,恰好沿直线由区域右边界的O′点(图中未标出)穿出。
若撤去该区域内的磁场而保留电场不变,另一个同样的粒子b(不计重力)仍以相同初速度由O点射入,从区域右边界穿出,则粒子b()
A.穿出位置一定在O′点下方
B.穿出位置一定在O′点上方
C.运动时,在电场中的电势能一定减小
D.在电场中运动时,动能一定减小
3、如图所示,a、b是一对平行的金属板,分别接到直流电源的两极上,右边有一挡板,正中间开有一小孔d。
在较大的空间范围内存在着匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里,而在a、b两板间还存在着匀强电场。
从两板左侧正中的中点c处射入一束正离子,这些正离子都沿直线运动到右侧,从d孔射出后分成3束.则这些正离子的()
A.速度一定都不相同
B.质量一定有3种不同的数值
C.电荷量一定有3种不同的数值
D.比荷(q/m)一定有3种不同的数值
4、磁流体发电是一项新兴技术,它可以把物体的内能直接转化为电能,下图是它的示意图。
平行金属板A、B之间有一个很强的磁场,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大
量正、负带电粒子,电荷量为)喷入磁场,A、B两板间便产生电压。
如果把A、B和用
电器连接,A、B就是一个直流电源的两个电极。
设A、B两板间距为d,两板的长度为,
面积均为,磁感应强度为B,等离子体以速度沿垂直于磁场的方向射入A、B两板之间,
则下列说法正确的是()
A.A是直流电源的正极
B.电源的电动势为
C.电源的电动势为
D.电源的电动势为
5、为了测量某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计,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,在垂直于上下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场,在前后两个内侧固定有金属板作为电极,污水充满管口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(单位时间内排出的污水体积),下列说法中正确的是( )
A.若污水中正离子较多,则前表面比后表面电势高
B.前表面的电势一定低于后表面的电势,与哪种离子多无关
C.污水中离子浓度越高,电压表的示数将越大
D.污水流量Q与U成正比,与a、b有关
6、如图所示,长方体容器的三条棱的长度分别为a、b、h,容器内装有NaCl溶液,单位体积内钠离子数为n,容器的左、右两壁为导体板,将它们分别接在电源的正、负极上,电路中形成的电流为I,整个装置处于垂直于前后表面的磁感应强度为B的匀强磁场中,则液体的上、下两表面间的电势差为( )
A.0 B. C. D.
7、一个用于加速质子的回旋加速器,其D形盒半径为R,垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B,接在D形盒上的高频电源频率为f。
下列说法正确的是( )
A.质子被加速后的最大速度不可能超过
B.质子被加速后的最大速度与加速电压的大小无关
C.只要R足够大,质子的速度可以被加速到任意值
D.不需要改变任何量,这个装置也能用于加速粒子
8、目前,世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机。
如图所示表示了它的发电原理:
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,产生电压。
如果射入的等离子体速度均为v,两金属板的板长为L,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,那么板间等离子体的电阻率为( )
A.B.
C.D.
9、回旋加速器是用来加速带电粒子的装置,如图所示.它的核心部分是两个D形金属盒,两盒相距很近,接高频交流电源,两盒间的窄缝中形成匀强电场,两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面.带电粒子在磁场中做圆周运动,通过两盒间的窄缝时反复被加速,直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出.如果用同一回旋加速器分别加速氚核(31H)和α粒子(42He),比较它们所需加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小,则()
A.加速氚核的交流电源的周期较大,氚核获得的最大动能也较大
B.加速氚核的交流电源的周期较大,氚核获得的最大动能较小
C.加速氚核的交流电源的周期较小,氚核获得的最大动能也较小
D.加速氚核的交流电源的周期较小,氚核获得的最大动能较大
10、如图所示,有a、b、c、d四个离子,它们带等量同种电荷,质量不等,其质量关系为ma=mb<mc=md,以不等的速率va<vb=vc<vd进入速度选择器后,有两种离子从速度选择器中射出,进入B2磁场,由此可判定( )
A.射向P1的是a离子
B.射向P2的是b离子
C.射向A1的是c离子
D.射向A2的是d离子
二、填空题
1、一种测量血管中血流速度的仪器原理图,如图所示,在动脉血管两侧分别安装电极并加磁场,设血管直径为2mm,磁场的磁感应强度为0.080T,电压表测出的电压为0.10mV,则血流速度大小为________m/s.
2、如图是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。
将某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器A中,使它受到电子束轰击,失去一个电子变成正一价的离子。
离子从狭缝S1 以很小的速度进入电压为U的加速电场区(初速不计),加速后,再通过狭缝S2、S3射入磁感强度为B的匀强磁场,其速度方向垂直于磁场区的界面PQ。
最后,离子打到感光片上,形成垂直于纸面而且平行于狭缝S3的细线。
若测得细线到狭缝S3的距离为d,求离子的质量m的表达式为_________.
3、如图所示,磁流体发电机的极板相距d=0.2m,极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场B=1.0T。
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v=1100m/s,沿极板射入,极板间电离气体等效内阻r=0.1Ω,试求此发电机的电动势为_________;最大输出功率为_________。
三、计算题
1、(2014天津卷)同步加速器在粒子物理研究中有重要的应用,其基本原理简化为如图所示的模型.M、N为两块中心开有小孔的平行金属板.质量为m、电荷量为+q的粒子A(不计重力)从M板小孔飘入板间,初速度可视为零.每当A进入板间,两板的电势差变为U,粒子得到加速,当A离开N板时,两板的电荷量均立即变为零.两板外部存在垂直纸面向里的匀强磁场,A在磁场作用下做半径为R的圆周运动,R远大于板间距离.A经电场多次加速,动能不断增大,为使R保持不变,磁场必须相应地变化.不计粒子加速时间及其做圆周运动产生的电磁辐射,不考虑磁场变化对粒子速度的影响及相对论效应.求:
(1)A运动第1周时磁场的磁感应强度B1的大小;.
(2)在A运动第n周的时间内电场力做功的平均功率Pn;
(3)若有一个质量也为m、电荷量为+kq(k为大于1的整数)的粒子B(不计重力)与A同时从M板小孔飘入板间,A、B初速度均可视为零,不计两者间的相互作用,除此之外,其他条件均不变.下图中虚线、实线分别表示A、B的运动轨迹.在B的轨迹半径远大于板间距离的前提下,请指出哪个图能定性地反映A、B的运动轨迹,并经推导说明理由.
2、(2014浙江卷)离子推进器是太空飞行器常用的动力系统.某种推进器设计的简化原理如图1所示,截面半径为R的圆柱腔分为两个工作区.Ⅰ为电离区,将氙气电离获得1价正离子;Ⅱ为加速区,长度为L,两端加有电压,形成轴向的匀强电场.Ⅰ区产生的正离子以接近0的初速度进入Ⅱ区,被加速后以速度vM从右侧喷出.Ⅰ区内有轴向的匀强磁场,磁感应强度大小为B,在离轴线处的C点持续射出一定速率范围的电子.假设射出的电子仅在垂直于轴线的截面上运动,截面如图2所示(从左向右看).电子的初速度方向与中心O点和C点的连线成α角(0<α≤90°).推进器工作时,向Ⅰ区注入稀薄的氙气.电子使氙气电离的最小速率为v0,电子在Ⅰ区内不与器壁相碰且能到达的区域越大,电离效果越好.已知离子质量为M;电子质量为m,电量为e.(电子碰到器壁即被吸收,不考虑电子间的碰撞)
(1)求Ⅱ区的加速电压及离子的加速度大小;
(2)为取得好的电离效果,请判断Ⅰ区中的磁场方向(按图2说明是“垂直纸面向里”或“垂直纸面向外”);
(3)α为90°时,要取得好的电离效果,求射出的电子速率v的范围;
(4)要取得好的电离效果,求射出的电子最大速率vmax与α角的关系.
3、回旋加速器是用来加速带电粒子的装置,如图所示。
它的核心部分是两个D形金属盒,两盒相距很近(缝隙的宽度远小于盒半径),分别和高频交流电源相连接,使带电粒子每通过缝隙时恰好在最大电压下被加速。
两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒面,带电粒子在磁场中做圆周运动,粒子通过两盒的缝隙时反复被加速,直到最大圆周半径时通过特殊装置被引出。
若D形盒半径为R,所加磁场的磁感应强度为B。
设两D形盒之间所加的交流电压的最大值为U,被加速的粒子为α粒子,其质量为m、电量为q。
α粒子从D形盒中央开始被加速(初动能可以忽略),经若干次加速后,α粒子从D形盒边缘被引出。
求:
(1)α粒子被加速后获得的最大动能Ek;
(2)α粒子在第n次加速后进入一个D形盒中的回旋半径与紧接着第n+1次加速后进入另一个D形盒后的回旋半径之比;
(3)α粒子在回旋加速器中运动的时间;
(4)若使用此回旋加速器加速氘核,要想使氘核获得与α粒子相同的动能,请你通过分析,提出一个简单可行的办法。
4、(2014浙江省“温州八校”联考)“太空粒子探测器”是由加速、偏转和收集三部分组成,其原理可简化如下:
如图1所示,辐射状的加速电场区域边界为两个同心平行半圆弧面,圆心为O,外圆弧面AB的半径为L,电势为φ1,内圆弧面CD的半径为L/2,电势为φ2。
足够长的收集板MN平行边界ACDB,O到MN板的距离OP为L。
假设太空中漂浮着质量为m,电量为q的带正电粒子,它们能均匀地吸附到AB圆弧面上,并被加速电场从静止开始加速,不计粒子间的相互作用和其它星球对粒子引力的影响。
(1)求粒子到达O点时速度的大小:
(2)如图2所示,在边界ACDB和收集板MN之间加一个半圆形匀强磁场,圆心为O,半径为L磁场方向垂直纸面向内,则发现从AB圆弧面收集到的粒子有2/3能打到MN板上(不考虑过边界ACDB的粒子再次返回),求所加磁感应强度的大小;
(3)随着所加磁场大小的变化,试定量分析收集板MN上的收集效率η与磁感应强度B的关系。
【答案与解析】
一、选择题
1、【答案】C
【解析】当电场力与洛伦兹力大小相等时,可知与电荷量没有关系,所以仅减小射入粒子所带电荷量一定不可行。
2、【答案】C
【解析】带电粒子的电性未知,保留电场不变,穿出时在O′点上方、下方都有可能,则AB都不对。
如果粒子带正电,向下偏转做类平抛运动,电场力的方向与位移方向相同,电场力做正功,动能增大,电势能减小;若粒子带负电,向上偏转做类平抛运动,电场力的方向与位移方向相同,电场力做正功
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