高考物理速度選擇器和回旋加速器各地方試卷集合匯編(1)(編輯修改稿)
2025-04-05 05:10 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 間有豎直方向勻強(qiáng)電場(chǎng)E1，Ⅱ、Ⅲ間有水平向左電場(chǎng)強(qiáng)度為E2的勻強(qiáng)電場(chǎng)及垂直于紙面向里磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一質(zhì)子由金屬板I上端O1點(diǎn)靜止釋放，經(jīng)電場(chǎng)E1加速，經(jīng)過(guò)O2進(jìn)入EB2的復(fù)合場(chǎng)中，最終從Ⅲ的下端O3射出，已知質(zhì)子帶電量為e，質(zhì)量為m．則A．O3處出射時(shí)粒子速度為 B．Ⅰ、Ⅱ兩板間電壓 C．粒子通過(guò)Ⅰ、Ⅱ金屬板和Ⅱ、Ⅲ金屬板的時(shí)間之比為1︰1D．把質(zhì)子換成α粒子，則α粒子也能從O3射出【答案】AB【解析】【詳解】A．經(jīng)過(guò)O2點(diǎn)進(jìn)入EB2的復(fù)合場(chǎng)中，最終沿直線從Ⅲ的下端O3點(diǎn)射出，因質(zhì)子受到電場(chǎng)力與洛倫茲力，只要當(dāng)兩者大小相等時(shí)，才能做直線運(yùn)動(dòng)，且速度不變的，依據(jù)qE2=B2qv解得：v=故A正確；B．質(zhì)子在Ⅰ、Ⅱ兩板間，在電場(chǎng)力作用下，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)動(dòng)能定理，即為qU1=mv2，而質(zhì)子以相同的速度進(jìn)入Ⅱ、Ⅲ金屬板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則有v=，那么Ⅰ、Ⅱ兩板間電壓U1=故B正確；C．粒子通過(guò)Ⅰ、Ⅱ金屬板做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，而在Ⅱ、Ⅲ金屬板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，即有d=而d=vt2，那么它們的時(shí)間之比為2：1，故C錯(cuò)誤；D．若將質(zhì)子換成α粒子，根據(jù)qU1=mv2導(dǎo)致粒子的比荷發(fā)生變化，從而影響α粒子在Ⅱ、Ⅲ金屬板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，因此α粒子不能從O3射出，故D錯(cuò)誤；故選AB．【點(diǎn)睛】考查粒子在復(fù)合場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定是勻速直線運(yùn)動(dòng)，并掌握動(dòng)能定理與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的應(yīng)用，注意粒子何時(shí)勻加速直線運(yùn)動(dòng)與勻速直線運(yùn)動(dòng)是解題的關(guān)鍵．8．勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出回旋加速器，工作原理示意圖如圖所示。置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可忽略。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，高頻交流電頻率為f，加速電壓為U。若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子的質(zhì)量為m、電荷量為＋q，在加速器中被加速，且加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響。則下列說(shuō)法正確的是( )A．質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過(guò)2πRfB．質(zhì)子離開回旋加速器時(shí)的最大動(dòng)能與加速電壓U成正比C．質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為∶1D．不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f，該回旋加速器也能用于a粒子加速【答案】AC【解析】【詳解】A．質(zhì)子出回旋加速器的速度最大，此時(shí)的半徑為R，則：所以最大速度不超過(guò)2πfR。故A正確。B．根據(jù)洛倫茲力提供向心力：，解得：最大動(dòng)能：，與加速的電壓無(wú)關(guān)。故B錯(cuò)誤。C．粒子在加速電場(chǎng)中做勻加速運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)，可得質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過(guò)D形盒狹縫的速度比為，根據(jù)，可得半徑比為。故C正確。D．回旋加速器交流電的頻率與粒子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相等，即為，可知比荷不同的粒子頻率不同，不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f，有可能起不到加速作用。故D錯(cuò)誤。故選AC。9．1932年美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，巧妙地利用帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，解決了粒子的加速問(wèn)題．現(xiàn)在回旋加速器被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)設(shè)備中．某型號(hào)的回旋加速器的工作原理如圖甲所示，圖乙為俯視圖．回旋加速器的核心部分為D形盒，D形盒裝在真空容器中，整個(gè)裝置放在電磁鐵兩極之間的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)可以認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且與D形盒盒面垂直．兩盒間狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可以忽略不計(jì)．質(zhì)子從粒子源A處進(jìn)入加速電場(chǎng)的初速度不計(jì)，從靜止開始加速到出口處所需的時(shí)間為t．已知磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，質(zhì)子質(zhì)量為m、電荷量為+q，加速器接一定頻率高頻交流電源，其電壓為U．不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力作用．求：（1）質(zhì)子第1次經(jīng)過(guò)狹縫被加速后進(jìn)入D形盒運(yùn)動(dòng)軌道的半徑r1；（2）D形盒半徑為R；（3）試推理說(shuō)明：質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨軌道半徑r的增大，同一盒中相鄰軌道半徑之差是增大、減小還是不變?【答案】（1）（2）（3）減小.【解析】【分析】【詳解】試題分析：（1） 設(shè)質(zhì)子第1次經(jīng)過(guò)狹縫被加速后的速度為v1①②聯(lián)立①②解得：（2） 設(shè)質(zhì)子從靜止開始加速到出口處運(yùn)動(dòng)了n圈，質(zhì)子在出口處的速度為v③④⑤⑥聯(lián)立③④⑤⑥解得（3） （方法1）設(shè)k為同一盒子中質(zhì)子運(yùn)動(dòng)軌道半徑
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