1、广西钦州市第四中学2022-2023学年高二下学期第四周考试物理试卷本试卷分第卷（选择题）和第卷（非选择题）两部分，满分100分，考试时间90分钟第卷（选择题共40分）一、选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。请把答案写在答题卡上。1.关于洛伦兹力的应用，下列说法正确的是A. 图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，要想粒子获得的最大动能增大，可增加电压UB. 图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出A极板是发电机的负极，B极板是发电机的正极C. 图丙是速度选择器，带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是v=BED. 图丁是质谱仪的
2、主要原理图。其中在磁场中偏转半径最小的是13H2.关于下列四幅图的说法正确的是A. 图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，要想粒子获得的最大动能增大，可增加电压UB. 图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出B极板是发电机的正极，A极板是发电机的负极C. 图丙是速度选择器的示意图，该装置能判断带电粒子的电性，且带电粒子(不计重力)能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是Eq=qvB，即v=EBD. 图丁是质谱仪结构示意图，粒子打在底片上的位置越靠近狭缝S3说明粒子的比荷越小3.关于以下四幅课本中的插图，下列说法正确的是()A. 图甲是速度选择器示意图，若不计粒子重力，由图可以判断出带电粒子
3、的电性B. 图乙是磁流体发电机结构示意图，由图可以判断出A极板是发电机的正极C. 图丙是质谱仪结构示意图，打在底片上的位置越靠近入射点，粒子的比荷越小D. 图丁是回旋加速器示意图，若仅增加电压U，无法增大粒子飞出加速器时的动能4.下列说法正确的是()A. 图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，要想粒子获得的最大动能增大，可增加电压UB. 图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出A极板是发电机的正极，B极板是发电机的负极C. 图丙是速度选择器，带电粒子(不计重力)能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE=qBv，即v=EBD. 图丁是质谱仪的工作原理示意图，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝
4、S3粒子的比荷越小5.物理学的基本原理在生产生活中有着广泛应用.下面列举的四种器件中，在工作时利用了电磁感应现象的是()A. 回旋加速器B. 日光灯C. 质谱仪D. 示波器6.当今医学成像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射电子的同位素碳11为示踪原子，碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得。回旋加速器应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点，使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量。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M、N板间，两虚线中间区域无电场和磁场，带正电粒子从P0处从静止沿
5、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。对于这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是()A. P0P1：P0P2：P0P3=1：2：3B. D形盒中的磁场方向垂直纸面向外C. 加速电场方向需要做周期性的变化D. 粒子获得的最大速度与加速电压U大小有关7.如图中关于磁场中的四种仪器的说法中错误的是()A. 甲中回旋加速器加速带电粒子的最大动能与回旋加速器的半径有关B. 乙中不改变质谱仪各区域的电场磁场时击中光屏同一位置的粒子比荷相同C. 丙中自由电荷为负电荷的霍尔元件通上如图所示电流和加上如图磁场时M侧带负电荷D. 丁中长宽高分别为为a、b、c的电磁流量计加上如图
6、所示磁场，若流量Q恒定，前后两个金属侧面的电压与a、b无关8.速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后分成甲、乙两束，其运动轨迹如图所示，其中S0A=32S0C，则下列说法中正确的是 ()A. 甲束粒子带正电，乙束粒子带负电B. 甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷C. 能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于EB2D. 若甲、乙两束粒子的电荷量相等，则甲、乙两束粒子的质量比为3:2二、选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分， 选对但不全的得2分，有选错的得0分。请把答案写在答题卡上。9.如图甲所示为质谱仪的原理示意图，让氢元素三种同位素(
7、氕、氘、氚)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。氢的三种同位素的离子最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱线”。如图乙所示为回旋加速器的原理图，其核心部分是两个半径均为R的中空半圆金属D形盒，并处于垂直于盒底的磁感应强度为B的匀强磁场中。现接上电压为U的高频交流电源后，狭缝中形成周期性变化的电场，使圆心处的带电粒子在通过狭缝时都能得到加速。下列说法正确的是()A. 图甲中氢的三种同位素的离子进入磁场时动能相同B. 图甲中氢的三种同位素的离子在磁场中运动时间之比为126C. 图乙中U越大，带电粒子最终射出D形盒时的速度就
8、越大D. 带电粒子在回旋加速器中能获得的最大动能与加速电压无关10.如图所示，甲是质谱仪的示意图，乙是回旋加速器的原理图，丙是研究楞次定律的实验图，丁是研究自感现象的电路图，下列说法正确的是A. 质谱仪可以用来测量带电粒子的比荷，也可以用来研究同位素B. 回旋加速器是加速带电粒子装置，其加速电压越大，带电粒子最后获得的速度越大C. 丙图中，磁铁插入过程中，电流由abD. 丁图中，开关S断开瞬间，灯泡A一定会突然闪亮一下11.下列四幅图分别是回旋加速器、磁流体发电机、速度选择器、质谱仪的示意图，进入装置的带电粒子重力均不计，下列说法正确的是()A. 图甲中增大交变电压可增大带电粒子的最大动能B.
9、 图乙中可以判断出通过R的电流方向从b到aC. 图丙中带电粒子沿PQ向右或沿QP向左做直线运动的条件都是v=EBD. 图丁中在分析同位素时，匀强磁场中半径最小的带电粒子对应质量也一定最小12.下图中关于磁场中的四种仪器的说法中正确的是() A. 甲图中回旋加速器加速带电粒子的最大动能与回旋加速器的半径无关B. 乙图中不改变质谱仪各区域的电场磁场时击中光屏同一位置的粒子比荷相同C. 丙图中自由电荷为负电荷的霍尔元件通上如图所示电流和加上如图磁场时N侧带负电荷D. 丁图长宽高分别为a、b、c的电磁流量计流量Q一定，加上如图所示磁场，前后两个金属侧面的电压与a、b无关第卷（非选择题共60分）三、实验
10、题：共18分；请把答案写在答题卡上。13.质谱仪是用来测定带电粒子的质量和分析同位素的装置如图所示，电容器两极板相距为d，两极板间电压为U，极板间的匀强磁场的磁感应强度为B1，一束电荷量相同的带正电的粒子沿电容器的中线平行于极板射入电容器，沿直线穿过电容器后进入另一磁感应强度为B2的匀强磁场，结果分别打在感光片上的a、b两点，设a、b两点之间的距离为x，粒子所带电荷量为q，不计重力(1)求粒子进入匀强磁场B2时的速度v的大小(2)打在a、b两点的粒子的质量之差m为多少？14.回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，
11、以便在盒间的窄缝中形成一匀强电场，高频交流电源的周期与带电粒子在D形盒中的运动周期相同，使粒子每穿过窄缝都得到加速(尽管粒子的速率和半径一次比一次增大，运动周期却始终不变)，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，磁场的磁感应强度为B，离子源置于D形盒的中心附近，若离子源射出粒子的电量为q，质量为m，最大回转半径为R，其运动轨道如图所示，则：(1)两盒所加交流电的频率为_。(2)粒子离开回旋加速器时的动能为_。(3)设两D形盒间电场的电势差为U，盒间窄缝的距离为d，其电场均匀，粒子在电场中加速所用的时间t电为_，粒子在整个回旋加速器中加速所用的时间t总为_。四、计算题：共42分；共4小题，解
12、答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.写出最后答案不得分.有数值计算的题，答案必须明确写出数值和单位. 请把答案写在答题卡上。15.如图所示为质谱仪的示意图，在容器A中存在若干种电荷量相同而质量不同的带电粒子，它们可从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，它们的初速度几乎为0，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上若这些粒子中有两种电荷量均为q、质量分别为m1和m2的粒子(m1m2)，它们分别到达照相底片上的P1、P2位置(图中未画出)，求P1、P2间的距离x。18.如图所示，一个质子和一个粒子从容器A下方的小孔S无初速度地飘入
13、电势差为U的加速电场。然后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向外，MN为磁场的边界。已知质子的电荷量为e，质量为m，粒子的电荷量为2e，质量为4m。求：(1)质子进入磁场时的速率v；(2)质子在磁场中运动的时间t。(3)质子和粒子在磁场中运动的轨道半径之比rH:r。参考答案1.B2.B3.D4.C5.B6.A7.C8.D9.AD10.AC11.BD12.BCD13.解：(1)粒子在电容器间做匀速直线运动，有：qvB1=qUd解得v=UB1d(2)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，有：qvB2=mv2R解得R=mvqB2则x=2R2-2R1=2(m2vqB2-m1vqB2)解得m
14、=m2-m1=qB1B2dx2U答：(1)粒子进入匀强磁场B2时的速度v的大小为UB1d(2)打在a、b两点的粒子的质量之差m为qB1B2dx2U14.(1)Bq2m；(2)q2B2R22m；(3)BRdU；BR22U+BRdU。15.解：(1)经过加速电场，根据动能定理得：对m1粒子：qU=12m1v12，m1粒子进入磁场时的速度：v1=2qUm1，对m2粒子有：qU=12m2v22，m2粒子进入磁场时的速度：v2=2qUm2；(2)在磁场中，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvB=mv2R，解得粒子在磁场中运动的轨道半径：R=mvqB，代入(1)结果，可得两粒子的轨道半径之比R1:R
15、2=m1m2；(3)m1粒子的轨道半径：R1=m1v1qB，m2粒子的轨道半径：R2=m2v2qB，两粒子打到照相底片上的位置相距：d=2R2-2R1，解得两粒子位置相距d=2qB(2qm2U-2qm1U)。16.解：(1)粒子在速度选择器中做直线运动，由平衡条件：qv0B1=qE解得v0=EB1进入分离器中粒子圆周运动的半径r=D12由牛顿第二定律：qv0B2=mv02r解得qm=2EB1B2D1；(2)三种离子在磁场中做圆周运动周期分别为：T1=2mqB1=B2D1ET2=22mqB1=2B2D1ET3=23mqB1=3B2D1E三种离子都能通过，则t0=6T1极板最小长度L=v0t0=6
16、B2D1B1。17.解：(1)离子在电场中加速，由动能定理得qU=12mv2，离子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得qvB=mv2r，且x=2r，由式可得qm=8UB2x2。(2)由式可得离子m1在磁场中的运动半径r1=1B2m1Uq，对离子m2，同理得r2=1B2m2Uq，所以照相底片上P1、P2间的距离x=2(r1-r2)=2B2Uq(m1-m2)。18.解：(1)质子在电场中加速，根据动能定理得eU=12mv2v=2eUm(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动evB=mv2rT=2rv质子在磁场中运动的时间t=12T=meB(3)根据r=mveB=1B2mUe质子和粒子在磁场中运动的轨道半径之比rHra=m2e4me=1211
