1、【 精品教育资源文库 】 题组层级快练 (四十四 ) 一、选择题 1 (多选 )在半导体离子注入工艺中 ， 初速度可忽略的磷离子 P 和 P3 ，经电压为 U 的电场加速后 ， 垂直进入磁感应强度大小为 B、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域 ， 如图所示已知离子 P 在磁场中转过 30 后从磁场右边界射出在电场和磁场中运动时 ， 离子 P和 P3 ( ) A 在电场中的加速度之比为 11 B 在磁场中运动的半径之比为 3 1 C 在磁场中转过的角度之比为 12 D 离开电场区域时的动能之比为 13 答案 BCD 解析 粒子的质量 质子数中子数 ， 故磷离子 P 和 P3 的质量相同
2、 ， 设为 m， P 的电荷量设为 q， 则 P3 的电荷量为 3q， 在电场中由 a qEm 知 ， 加速度之比为所带电荷量之比 ， 即为 13 ，A 项错误；由 qU 12mv2， 得 Ek q， 即离开电场区域时的动能之比为 13 ， D 项正确；又由qBv mv2r， 所以 rmvqB， 得 r1B2mUq 1q， 所以 rP rP3 3 1， B 项正确；由几何关系 ， 可得 P3 在磁场中转过 60 角后从磁场右边界射出 ， C 项正确 2 如图所示为洛伦兹力演示仪的结构图励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直纸面向外 ， 电子束由电子枪产生 ， 其速度方向与磁场方向垂直电子速度的大小和磁
3、场强弱可分别由通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节下列说法正确的是 ( ) A仅增大励磁线圈中电流 ， 电子束径迹的半径变大 B 仅提高电子枪加速电压 ， 电子束径迹的半径变大 C 仅增大励磁线圈中电流 ， 电子做圆周运动的周期将变大 D 仅提高电子枪加 速电压，电子做圆周运 动的周期将变大 答案 B 【 精品教育资源文库 】 解析 仅增大励磁线圈中电流 ， 磁感应强度增大 ， 由 R mvqB可知电子束径迹的半径变小 ， 由T 2 mqB 可知电子做圆周运动的周期将变小 ， A、 C 两项错误；仅提高电子枪加速电压 ， 电子速度增大 ， 由 R mvqB可知电子束径迹的半径变大 ，
4、由 T 2 mqB 可知 ， 电子做圆周运动 的周期不变 ， B 项正确 ， D 项错误 3.(2017 洛阳一模 )如图所示 ， 一个静止的质量为 m、带电荷量为 q 的粒子 (不计重力 )， 经电压 U 加速后垂直进入 磁感应强度为 B 的匀强磁场中 ，粒子打至 P 点 ， 设 OP x， 能够正确反应 x 与 U 之间的函数关系的是 ( ) 答案 B 解析 带电粒子经电压 U 加速 ， 由动能定理 ， qU 12mv2， 垂直进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中 ， 洛伦兹力提供向心力 ， qvB mv2R， 而 R x/2， 联立解得： x8mqB2 U.由此可知能够正确反应 x 与 U
5、 之间的函数关系的是图像是 B 项 4 (2017 淄博模拟 )(多选 )粒子回旋加速器的工作原理如图所示 ， 置于真空中的 D 形金属盒的半径为 R， 两金属盒间的狭缝很小 ， 磁感应强度为 B 的匀强磁场与 金属盒盒面垂直，高频交流电的频率为 f， 加速电场的电压为 U， 若中心粒子源处产生的质子质量为 m， 电荷量为 e， 在加速器中被加速不考虑相对论效应 ， 则下列说法正确是 ( ) A不改变磁感应强度 B 和交流电的频率 f， 该加速器也可加速 粒子 B 质子第二次和第一次经过 D 形盒间狭缝后轨道半径之比为 2 1 C 质子被加速后的最大速度不能超过 2 Rf D 加速的粒子获得的
6、最大动能随加速电压 U 的增大而增大 答案 BC 解析 A 项 ， 带电 粒子在磁场中运动的周期与加速电场的周期相等 ， 根据 T 2 mqB 知 ， 换用 粒子 ， 粒子的比荷变化 ， 周期变化 ， 回旋加速器需改变交流电的频率才能加速 粒子故【 精品教育资源文库 】 A 项错误 B 项 ， 粒子在加速电场中做匀加速运动 ， 在磁场中做匀速圆周运动 ， 根据 v 2ax知 ， 质子第二次和第一次经过 D 形盒狭缝的速度比为 2 1， 根据 r mvqB， 则半径比为 21.故 B 项正确 C 项 ， 质子出回旋加速器的速度最大 ， 此时的半径为 R， 则 v 2 RT 2 Rf.所以最大速
7、度不超过 2 fR.故 C 项正确 D 项 ， 根据 qvB mv2R， 知 vBRqm ， 则最大动能 Ekm 12mv2 q2B2R22m .与加速的电压无关故 D 项错误 5 (多选 )质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具如图所示为质谱仪的原理示意图 ， 现利用质谱仪对氢元素进行测量让氢元素三种同位素的离子流从容器 A 下方的小孔 S 无初速度飘入电势差为 U 的加速电场加速后垂直进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中氢的三种同 位素最后打在照相底片 D 上 ， 形成 a、 b、 c 三条 “ 质谱线 ” 则下列判断正确的是 ( ) A进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚
8、 B 进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚 C 在 磁场中运动时间由小到大排列的顺序是氕、氘、氚 D a、 b、 c 三条 “ 质谱线 ” 依次排列的顺序是氕、氘、氚 答案 AC 解析 氢元素的三种同位素离子均带正电 ， 电荷量大小均为 e， 经过加速电场 ， 由动能定理有： eU Ek 12mv2， 故进入磁场中的动能相同 ， B 项错误；且质量越大的离子速度越小 ， 故 A项正确；三种 离子进入磁场后 ， 洛伦兹力充当向心力 ， evB mv2R， 解得 RmveB2meUeB ， 可见 ， 质量越大的圆周运动半径越大 ， D 项错；在磁场中运动时间均为半个周期 ， t Rv me
9、B ，可见离子质量越大运动时间越长 ， C 项正确 6.(2017 抚顺模拟 )(多选 )如图所示 ， 在第二象限中有水平向右的匀强电场 ， 在第一象限内存在垂直纸面向外的匀强 磁场 有一重力【 精品教育资源文库 】 不计的带电粒子 (电荷量为 q， 质量为 m)以垂直于 x 轴的速 度 v0从 x 轴上的 P 点进入匀强电场 ， 恰好与 y 轴正方向成 45 角射出电场 ， 再经过一段时间又恰好垂直于 x 轴进入第四象限已知 OP 之间的距离为 d， 则 ( ) A 带电粒子通过 y 轴时的坐标为 (0， d) B 电场强度的大小为 mv022qd C 带电粒子在电场和磁场中运动的总时间为
10、 （ 3 4） d2v0D 磁感应强度的大小为 2mv04qd 答案 BC 解析 粒子在电场中做类平抛运动 ， 因为进入磁场时速度方向与 y轴正方向成 45 角 ， 所以沿 x 轴正方向的分速度 vx v0， 在 x 轴正方向做匀加速运动 ， 有 d 0 v02 t， 沿 y 轴正方向做匀速运动 ，有 s v0t 2d， 故 A 项错误沿 x 轴正方向做匀加速运动 ， 根据 vx v0 Eqm 2dv0 2Eqdmv0， 解得 E mv022qd， 故 B 项正确粒子进入磁场后做匀速圆周运动 ， 轨迹如图所示 ， 由图可知粒子在磁场中运动的半径 R 2 2d， 圆心角 135 34， 所以在磁
11、场中的运动时间为 t12 R 1353602v0 3 2 2d4 2v0 3 d2v0 ；在电场中的运动时间为 t22dv0， 所以总时间为 t t1 t2（ 3 4） d2v0 ， 故 C 项正确由 qvBmv2R 可知 ， 磁感应强度 Bm 2v0q 2 2dmv02qd， 故 D 项错误 7 环形对撞机是研究高能粒子的重要装置 ， 比荷相等的正、 负 离子都由静止经过电压为 U的直线加速器加速后 ， 沿圆环切线方向同时注入对撞机的高真空环状空腔内 ， 空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场 ， 磁感应强度大小为 B.正、负离子在环状空腔内只受洛伦兹力作用而沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动
12、 ， 然后在碰撞区迎面相撞 ， 不考虑相对论效应 ，下列说法正确的是 ( ) A所加匀强磁场的方向应垂直圆环平面向外 【 精品教育资源文库 】 B 若加速电压一定 ， 离子的比荷 qm越大 ， 磁感应强度 B 越小 C 磁感应强度 B 一定时 ， 比荷 qm相同的离子加速后 ， 质量大的离子动能小 D 对 于给定的正、负离子 ， 加速电压 U 越大 ， 离子在环状空腔磁场中的运动时间越长 答案 B 解析 离子在环状空腔内做圆周运动 ， 洛伦兹力指向圆心 ， 由左手定则可知 ， 磁场方向垂直环面向内 ， A 项错误；离子加速 ， 由动能定理得 qU 12mv2， 而运动的半径 r 一定 ， 则
13、 r mvqB1B2mUq ， B 项正确 ， C 项错误；离子在磁场中的运动时间 tT2 mqB ， 与加速电压 U 的大小无关 ， D 项错误 8 (2017 长春联考 )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、磁感应强度大小可调的均匀磁场 ， 带电粒子可在环中做圆周运动 A、 B 为两块中心开有小孔的距离很近的极板 ， 原来电势均为零 ， 每当带电粒子经过 A 板准备进入 A、 B 之间时， A 板电势升高为U， B 板电势仍保持为零 ， 粒子在两板间的电场中得到加速；每当粒子离开 B 板时 ， A 板电势又降为零 ， 粒子在电场的加速下动能不断增大 ， 而在环形磁
14、场中绕行半径不变若粒子通过A、 B 板的时间不可忽略 ， 能定性反映 A 板电势 U 和环形区域内的磁感应强度 B 随时间 t 变化的关系的是 ( ) 答案 BC 解析 由题意可知 ， 粒子在加速电场中运动时 ， 两板电势差不变 ， 故场强不变 ， 带电粒子所受电场力不变 ， 加速 度不变 ，而粒子进入电场时的初速度不断变大，故在两板间运动的时间不断变短 ，故 A 项错误 ， B 项正确；粒子进入磁场中做匀速圆周运动 ， 洛伦兹力充当向心力 ，即 qvB mv2R， 解得 BmvqR， 随着粒子速度不断增大 ， 半径保持不变 ， 故磁感应强度不断增大 ，又由圆周运动规律 T 2 Rv 可知 ， 带电粒子在磁场中运动的周期不断减小 ， 故 C 项正确 ， D项错误 9 (多选 )如图所示 ， M、 N 为两块带等量异种电荷的平行金属板 ， 两板间电压可取从零到某一最大值之间的任意值静止的带电粒子带电【 精品教育资源文库 】 荷量为 q， 质量为 m(不计重力 )， 从点 P 经电场加速后 ， 从小孔 Q 进入 N 板右侧的匀强磁场区域 ， 磁感应强度大小为 B， 方向垂直于纸面向外 ， CD 为磁场边界上的一绝缘板 ， 它与 N板的夹角为 30&#
