高中物理第5章磁場(chǎng)與回旋加速器洛倫茲力與現(xiàn)代科技學(xué)案滬科版選修3-1-文庫吧資料
2024-11-27 23:11本頁面
【正文】 以選 D. 題組二 對(duì)質(zhì)譜儀原理的理解 4．速度相同的一束粒子 (不計(jì)重力 )由左端射入質(zhì)譜儀后的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖 3 所示，則下列相關(guān)說法中正確的是 ( ) 圖 3 A．該束帶電粒子帶正電 B．速度選擇器的 P1 極板帶負(fù)電 C．能通過狹縫 S0 的帶電粒子的速 率等于 EB1 D．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫 S0，粒子的比荷越大 答案 AD 解析 由帶電粒子由左端射入質(zhì)譜儀后的運(yùn)動(dòng)軌跡和左手定則可知該束帶電粒子帶正電， A選項(xiàng)正確；在速度選擇器中，帶正電的粒子受向下的磁場(chǎng)力，則必受向上的電場(chǎng)力，所以上極板帶正電， B 選項(xiàng)錯(cuò)誤；由于在速度選擇器中粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以 qvB1＝ qE， v＝ EB1， C 選項(xiàng)錯(cuò)誤；帶電粒子由左端射入質(zhì)譜儀后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由 qvB2＝ mv2R，解得 qm＝ vRB2＝ ERB1B2，粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫 S0， R 越小，而 E、 B B2 不變，所以粒子的比荷 qm越大， D 選項(xiàng)正確． 5．如圖 4 所示為質(zhì)譜儀測(cè)定帶電粒子質(zhì)量的裝置示意圖．速度選擇器 (也稱濾速器 )中場(chǎng)強(qiáng) E的方向豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B1 的方向垂直紙面向里，分離器中磁感應(yīng)強(qiáng)度 B2 的方向垂直紙面向外．在 S 處有甲、乙、丙、丁四個(gè)一價(jià)正離子垂直于 E 和 B1入射到速度選擇器中，若 m 甲＝ m乙 m 丙＝ m 丁， v甲 v 乙＝ v 丙 v丁，在不計(jì)重力的情況下，則打在 P PP P4四點(diǎn)的離子 分別是 ( ) 圖 4 A．乙甲丙丁 B．甲丁乙丙 C．丙丁乙甲 D．丁甲丙乙 答案 B 解析 四種粒子，只有兩個(gè)粒子通過速度選擇器，只有速度滿足 v＝ EB，才能通過速度選擇器，所以通過速度選擇器進(jìn)入磁場(chǎng)的粒子是乙和丙，乙的質(zhì)量小于丙的質(zhì)量，根據(jù)公式 Bqv＝ mv2r 可得乙的半徑小于丙的半徑，則乙打在 P3位置，丙打在 P4位置，甲的速度小于乙的速度，即小于 EB，洛倫茲力小于電場(chǎng)力，粒子向下偏轉(zhuǎn)，打 在 P1位置，丁的速度大于 v＝ EB，洛倫茲力大于電場(chǎng)力，粒子向上偏轉(zhuǎn)，打在 P2 位置，故 B 正確， 6．如圖 5 所示為質(zhì)譜儀的原理圖．利用這種質(zhì)譜儀可以對(duì)氫元素進(jìn)行測(cè)量．氫元素的各種同位素，從容器 A下方的小孔 S1 進(jìn)入加速電壓為 U 的加速電場(chǎng)，可以認(rèn)為從容器出來的粒子初速度為零．粒子被加速后從小孔 S2 進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，最后打在照相底片 D 上，形成 a、 b、 c 三條質(zhì)譜線．關(guān)于氫的三種同位素進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速率的排列順序和三條譜線的排列順序，下列說法中正確的是 ( ) 圖 5 A．進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)速率從大到小的排列順序是氕、氘、氚 B．進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)速率從大到小的排列順序是氚、氘、氕 C． a、 b、 c 三條譜線的排列順序是氕、氘、氚 D． a、 b、 c 三條譜線的排列順序是氘、氚、氕 答案 A 解析 根據(jù) qU＝ 12mv2 得， v＝ 2qUm .比荷最大的是氕，最小的是氚，所以進(jìn)入磁場(chǎng)速率從大到小的順序是氕、氘、氚．故 A正確， B錯(cuò)誤．進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)有 Bqv＝ mv2R， R＝ mvqB＝1B 2mUq ，氕比荷最大，則軌道半徑最小， c 對(duì)應(yīng)的是氕，氚比荷最小，則軌道半徑最大，a 對(duì)應(yīng)的是氚．故 C、 D 錯(cuò)誤； 故選 A. 題組三 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng) 6 所示，在 x0、 y0的空間中有恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于 xOy 平面向里，大小為 m、電荷量為 q 的帶電粒子，從 x 軸上到原點(diǎn)的距離為 x0的 P 點(diǎn)，以平行于 y 軸的初速度射入此磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)作用下沿垂直于 y 軸的方向射出此磁場(chǎng)．不計(jì)重力的影響．由這些條件可知 ( ) 圖 6 A．不能確定粒子通過 y 軸時(shí)的位置 B．不能確定粒子速度的大小 C．不能確定粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間 D．以上三個(gè)判斷都不對(duì) 答案 D 解析 帶電粒子以平行于 y軸的初速度射入此磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)作用下沿垂直于 y軸的方向射出此磁場(chǎng)，故帶電粒子一定在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)了 14周期，從 y軸上距 O 為 x0 處射出，回旋角為 90176。的方向進(jìn)入磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)到 A點(diǎn) (圖中未畫出 )時(shí)速度方向與 x軸的正方向相同，不計(jì)粒子的重力，則 ( ) 圖 8 A．該粒子帶正電 B． A點(diǎn)與 x軸的距離為 mv2qB C．粒子由 O 到 A經(jīng)歷時(shí)間 t＝ πm3qB D．運(yùn)動(dòng)過程中粒子的速度不變 答案 BC 解析 根據(jù)粒子的運(yùn)動(dòng)方向，由左手定則判斷可知粒子帶負(fù) 電， A項(xiàng)錯(cuò)；運(yùn)動(dòng)過程中粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，速度大小不變，方向變化， D項(xiàng)錯(cuò)；粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑 r＝ mvqB，周期 T＝ 2πmqB ，從 O 點(diǎn)到 A 點(diǎn)速度的偏向角為 60176。2 3dBe3v ＝ 4 3πd3v 電子在磁場(chǎng)中的軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為 θ＝ 60176。求電子的質(zhì)量和穿越磁場(chǎng)的時(shí)間． 圖 6
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