高考物理高频考点模拟新题精选训练 专题31 质谱仪加速器.docx
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高考物理高频考点模拟新题精选训练专题31质谱仪加速器
1.(2013天津滨海五校联考)速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示,则下列相关说法中正确的是
A.该束带电粒子带负电
B.速度选择器的P1极板带正电
C.能通过狭缝
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
,粒子的比荷越小
2.(2013年江西百校联考)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,在加速带电粒子时,两金属盒置于匀强磁场中,并分别与高频电源相连.带电粒子在磁场中运动的动能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,则下列说法中正确的是
A.在Ek-t图中应有t4-t3=t3-t2=t2-t1
B.高频电源的变化周期应该等于tn-tn-1
C.要使粒子获得的最大动能增大,可以增大“D”形盒的半径
D.在磁感应强度B、“D”形盒半径尺、粒子的质量m及其电荷量q不变的情况下,粒子的加速次数越多,粒子的最大动能一定越大
3.(2013浙江重点中学协作体高三摸底)如图所示,有一金属块放在垂直于表面C的匀强磁场中,磁感应强度B,金属块的厚度为d,高为h,当有稳恒电流I平行平面C的方向通过时,由于磁场力的作用,金属块中单位体积内参与导电的自由电子数目为(上下两面M、N上的电压分别为UM、UN)
A.
B.
C.
D.
答案:
C
解析:
设金属块中单位体积内参与导电的自由电子数目为n,稳恒电流I可表示为I=neSv,S=dh;evB=eE,Eh=∣UM-UN∣;联立解得n=
,选项C正确。
4.(2013武汉摸底)图甲是回旋加速器的工作原理图。
D1和D2是两个中空的半圆金属盒,它们之间有一定的电势差,A处的粒子源产生的带电粒子,在两盒之间被电场加速。
两半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中,所以粒子在半圆盒中做匀速圆周运动。
若带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示,不计带电粒子在电场中的加速时间,不考虑由相对论效应带来的影响,下列判断正确的是
A.在Ek-t图中应该有tn+1-tn=tn-tn-1
B.在Ek-t图中应该有tn+1-tn C.在Ek-t图中应该有En+1-En=En-En-1 D.在Ek-t图中应该有En+1-En 答案: AC 解析: 根据带电粒子在匀强磁场中运动的周期与速度无关可知,在Ek-t图中应该有tn+1-tn=tn-tn-1,选项A正确B错误;由于带电粒子在电场中加速,电场力做功相等,所以在Ek-t图中应该有En+1-En=En-En-1,选项C正确D错误。 5£®(2013甘肃省甘谷质检)如右图所示,电视机的显像管中,电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。 电子束经过加速电场后,进入一圆形匀强磁场区,磁场方向垂直于圆面。 不加磁场时,电子束将通过磁场中心O点而打到屏幕上的中心M,加磁场后电子束偏转到P点外侧。 现要使电子束偏转回到P点,可行的办法是 A.增大加速电压 B.增加偏转磁场的磁感应强度 C.将圆形磁场区域向屏幕靠近些 D.将圆形磁场的半径增大些 6.(2013广东汕头市期末)如图,一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场(B)和匀强电场(E)组成的速度选择器,然后粒子通过平板S上的狭缝P,进入另一匀强磁场(B'),最终打在AlA2上.下列表述正确的是 A.粒子带负电 B.所有打在AlA2上的粒子,在磁场B'中运动时间都相同 C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于 D.粒子打在AlA2上的位置越靠近P,粒子的比荷 越大 7.(2013广东省韶关市一模)回旋加速器是加速带电粒子的装置,其主体部分是两个D形金属盒.两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中,a、b分别与高频交流电源两极相连接,下列说法正确的是 A.离子从磁场中获得能量 B.带电粒子的运动周期是变化的 C.离子由加速器的中心附近进入加速器 D.增大金属盒的半径粒子射出时的动能不变 答案: C 解析: 回旋加速器离子从电场中获得能量,带电粒子的运动周期是不变化的,选项AB错误;离子由加速器的中心附近进入加速器,增大金属盒的半径粒子射出时的动能增大,选项C正确D错误。 8.(2013山东名校质检)图6所示为显像管的原理示意图,当没有磁场时电子束将打在荧光屏正中的0点.安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场,使电子束发生偏转.设垂直纸面向里的磁场方向为正方向,如果要使电子束打在荧光屏上的位置由a点逐渐移动到b点,图7中哪种变化的磁场能够使电子发生上述偏转() 9.(2013江苏盐城明达中学测试)物体导电是由其中的自由电荷定向移动引起的,这些可以移动的自由电荷又叫载流子。 金属导体的载流子是自由电子,现代广泛应用的半导体材料分为两大类: 一类是N型半导体,它的载流子为电子;另一类是P型半导体,它的载流子为“空穴”,相当于带正电的粒子,如果把某种材料制成的长方体放在匀强磁场中,磁场方向如图所示,且与前后侧面垂直,长方体中通有方向水平向右的电流,设长方体的上下表面M、N的电势分别为φM和φN,则下列判断中正确的是 A.如果是P型半导体,有φM>φN B.如果是N型半导体,有φM<φN C.如果是P型半导体,有φM<φN D.如果是金属导体,有φM<φN 答案: C 解析: 如果是P型半导体,由左手定则可知,“空穴”向下表面N偏转,有φM<φN,,选项A错误C正确;如果是N型半导体,由左手定则可知,电子向下表面N偏转,有φM>φN,选项B错误;如果是金属导体,导电定向移动的是自由电子,由左手定则可知,电子向下表面N偏转,有φM>φN,选项D错误。 10.(2013江苏阜宁中学月考)利用霍尔效应制作的霍尔元件,广泛应用于测量和自动控制等领域。 如图是霍尔元件的工作原理示意图,磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下,通入图示方向的电流I,C、D两侧面会形成电势差UCD,下列说法中正确的是 A.电势差UCD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UCD<0 C.仅增大磁感应强度时,电势差UCD变大 D.在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,元件的工作面应保持水平 11.(2013吉林市期末质检)如图所示,一块矩形截面金属导体abcd和电源连接,处于垂直于金属平面的匀强磁场中,当接通电源、有电流流过金属导体时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差,这种现象被称为霍尔效应。 利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元件,它是一种重要的磁传感器,广泛运用于各种自动控制系统中。 关于这一物理现象下列说法中正确的是 A.导体受向左的安培力作用 B.导体内部定向移动的自由电子受向右的洛仑兹力作用 C.在导体的ab、cd两侧存在电势差,且ab电势低于cd电势 D.在导体的ab、cd两侧存在电势差,且ab电势高于cd电势 答案: BD 解析: 导体受向右的安培力作用,选项A错误;导体内部定向移动的自由电子受向右的洛仑兹力作用,在导体的ab、cd两侧存在电势差,且ab电势高于cd电势,选项BD正确C错误; 12.(2013四川省宜宾市一诊)质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要仪器,它的构造原理如图所示。 从粒子源S处放出的速度大小不计、质量为m、电荷量为q的正离子,经电势差为U的加速电场加速后,垂直进入一个磁感应强度为B的匀强磁场后到达记录它的照相底片P上。 试问: (1)若测得离子束流的电流为I,则在离子从S1处进入磁场到达P的时间内,射到照相底片P上的离子的数目为多少? (2)若测得离子到达P上的位置到入口处S1的距离为a,且已知q、U、B,则离子的质量m为多少? (3)假如离子源能放出氕( H)、氘( H)、氚( H)三种离子,质谱仪能够将它们分开吗? 解析: (1)离子经加速电场加速后,离子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律有: qvB=m ,① 根据T=2πr/v,② 离子从S1处进入磁场到达P的所用时间为: t=T/2,③ 13(2013江苏省苏州市调研)如图所示为一种获得高能粒子的装置.环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调的均匀磁场.质量为m、电荷量为+q的粒子可在环中做半径为R的圆周运动。 A、B为两块中心开有小孔的距离很近的极板,原来电势为零,每当带电粒子经过A板时,A板电势升高为+U,B板电势仍保持为零,粒子在两板间电场中得到加速。 每当粒子离开B板时,A板电势又降为零。 粒子在电场中一次次加速下动能不断增大,而绕行半径R不变.(设极板间距远小于R) (1)设t=0时,粒子静止A板小孔处,经电场加速后,离开B板在环形磁场中绕行,求粒子绕行第1圈时的速度v1和磁感应强度B1。 .求粒子绕行n圈回到M板时的速度大小vn; (2)为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动,磁场必须周期性递增,求粒子绕行n圈所需的总时间t。 (3)在粒子绕行的整个过程中,A板电势是否可以始终保持为+U? 为什么? 14(16分)(2013江苏四校联考)显像管的简要工作原理如图所示: 阴极K发出的电子(初速度可忽略不计)经电压为U的高压加速电场加速后,沿直线PQ进入半径为r的圆形匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面,圆形磁场区域的圆心O在PQ直线上,荧光屏M与PQ垂直,整个装置处于真空中.若圆形磁场区域内的磁感应强度的大小或方向发生变化,都将使电子束产生不同的偏转,电子束便可打在荧光屏M的不同位置上,使荧光屏发光而形成图象,其中Q点为荧光屏的中心.已知电子的电量为e,质量为m,不计电子重力. (1)求电子射出加速电场时的速度大小; (2)若圆形区域的磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小为B,求电子离开磁场时的偏转角(即出射方向与入射方向所夹的锐角)θ的大小. (3)若阴极在发出电子的同时还发出一定量的SO42-离子,SO42-离子打在荧光屏上,屏上将出现暗斑,称为离子斑.请根据下面所给出的数据,通过计算说明这样的离子斑将主要集中在荧光屏上的哪一部位.(电子的质量m=9.1×10-31kg,SO42-离子的质量m′=1.6×10-25kg,不计SO42-离子所受的重力及与电子之间的相互作用) (3)SO42-离子离开磁场时的偏转角满足θ′满足 2分 所以有 2分 即SO42-离子的偏转角远小于电子的偏转角,所以,观看到的离子斑将主要集中在荧光屏上的中央位置附近。 15.(20分)(2013浙江省六校联考)有一种“双聚焦分析器”质谱仪,工作原理如图所示。 加速电场的电压为U,静电分析器中有会聚电场,即与圆心O1等距各点的电场强度大小相同,方向沿径向指向圆心O1,磁分析器中以O2为圆心、圆心角为90°的扇形区域内,分布着方向垂直于纸面向外的匀强磁场,其左边界与静电分析器的右边界平行。 由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子(初速度为零,重力不计),经加速电场加速后,从M点沿垂直于该点的电场方向进入静电分析器,在静电分析器中,离子沿半径为R的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动,并从N点射出静电分析器。 而后离子由P点沿着既垂直于磁分析器的左边界,又垂直于磁场方向射入磁分析器中,最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从Q点射出,并进入收集器。 测量出Q点与圆心O2的距离为d,位于Q点正下方的收集器入口离Q点的距离为d/2。 (题中的U、m、q、R、d都为已知量) (1)求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小; (2)求磁分析器中磁感应强度B的大小; (3)现将离子换成质量为4m,电荷量仍为q的另一种正离子,其它条件不变。 磁分析器空间足够大,离子不会从圆弧边界射出,收集器的位置可以沿水平方向左右移动,要使此时射出磁分析器的离子仍能进入收集器,求收集器水平移动的距离。
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