鲁科版高中物理选择性必修第二册课后习题 第1章 安培力与洛伦兹力 分层作业5 洛伦兹力的应用.docVIP

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分层作业5洛伦兹力的应用

A组必备知识基础练

1.如图所示,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面的匀强磁场中,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,粒子射出时的最大动能不变

2.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具,它的构造原理如图所示,离子源S产生一个质量为m,电荷量为q的正离子,离子产生出来时的速度很小,可以看作是静止的,离子产生出来后经过电压U加速,进入磁感应强度为B的匀强磁场,沿着半圆运动而达到记录它的照相底片P上,测得它在P上的位置到入口处S1的距离为x,则下列说法正确的是()

A.若某离子经上述装置后,测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x,则说明离子的质量一定变大

B.若某离子经上述装置后,测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x,则说明加速电压U一定变大

C.若某离子经上述装置后,测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x,则说明磁感应强度B一定变大

D.若某离子经上述装置后,测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x,则说明离子所带电荷量q可能变小

3.回旋加速器的工作原理如图所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的粒子,质量为m、电荷量为+q,在加速器中被加速,加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比。

B组关键能力提升练

4.现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子,其示意图如图所示,其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速,经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速,为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场,需将磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比约为()

A.11 B.12 C.121 D.144

5.(江苏南通校考)回旋加速器的示意图如图所示,交变电压u大小和频率保持不变,磁场B的磁感应强度大小可以调节。用该装置分别对质子(11H)和氦核

A.1∶8 B.1∶4

C.1∶2 D.1∶1

6.回旋加速器D形盒中央为质子流,D形盒的交变电压为U,静止质子经电场加速后,进入D形盒,其最大轨道半径为R,磁场的磁感应强度为B,质子质量为m,电荷量为e。求:

(1)质子最初进入D形盒的动能。

(2)质子经回旋加速器最后得到的动能。

(3)交流电源的频率。

7.一台质谱仪的工作原理如图所示,电荷量均为+q、质量不同的离子飘入电压为U0的加速电场,其初速度几乎为零。这些离子经加速后通过狭缝O沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场,最后打在底片上。已知放置底片的区域MN=l,且OM=l。某次测量发现MN中左侧23区域MQ损坏,检测不到离子,但右侧1

(1)求原本打在MN的中点P的离子质量m;

(2)为使原本打在P的离子能打在QN区域,求加速电压U的调节范围。

分层作业5洛伦兹力的应用

1.C离子在回旋加速器中从电场中获得能量,带电粒子的运动周期是不变的,选项A、B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,粒子射出时的最大动能增大,选项C正确、D错误。

2.D由qU=12mv2,得v=2qUm

3.解析设粒子第1次经过狭缝后的半径为r1,速度为v1,则有qU=12mv12,qv1B=m

同理,粒子第2次经过狭缝后的半径r2=1

则r2∶r1=2∶1。

答案2∶1

4.D带电粒子在加速电场中运动时,有qU=12mv2,在磁场中偏转时,其半径r=mvqB,由以上两式整理得r=1B2mUq。由于质子与一价正离子的电荷量相同,B1∶B

5.B由题意可得,粒子射出时速度最大,动能也最大,且粒子射出时的最大半径为D形盒的半径,故两种粒子射出时的运动半径相等,由qvB=mv2R,v=2πRT,可得粒子射出的最大速度为vm=qBRm,粒子周期为T=2πmqB,交变电压频率保持不变,则两种粒子在磁场中运动的周期相同,即2πmHqHBH=2πm

6.解析(1)质子在电场中加速,由动能定理得Ek=eU。

(2)质子在回旋加速器的磁场中绕行的最大轨道半径为R,由牛顿第二定律得evB=mv

质子的最大动能Ekm=12mv

联立解得Ekm=e2

(3)交流电源的频率f=1T

答案(1)eU(2)e2B

7.解析(1)离子在电场中加速,qU0=12mv

在磁场中做匀速圆周运动,qvB=mv

解得r