【答案】涉及復合場科技的應用問題

1、涉及復合場的科技應用問題1速度選擇器1. （2006年高考全國卷I 17）下圖中為一“濾速器”裝置示意圖。 a、b為水平放置的平行金 屬板，一束具有不同速率的電子沿水平方向經(jīng)小孔0進入a、b兩板之間。為了選取具有某 種特定速率的電子，可在 a、b間加上電壓，并沿垂直于紙面的方向加一勻強磁場，使所選電子仍能夠沿水平直線 00 '運動，由0射出。不計重力作用，可能達到上述目的的辦法 是A.B.C.D.【答案】 【解析】使a板電勢高于 使a板電勢低于 使a板電勢高于 使a板電勢低于ADb板，磁場方向垂直紙面向里 b板，磁場方向垂直紙面向里 b板，磁場方向垂直紙面向外 b板，磁場方向垂直紙面向

2、外-a電子能夠沿水平直線運動，說明電子在平行金屬板間受到的電場力和洛倫茲力平衡。則洛倫茲力應向下， 由左手定則可判定當a板電勢高于b板電勢時，電子所受電場力向上，B垂直紙面向里，故 A選項正確，同理選項 D也是正確的?！窘馕觥咳綦妱?護Ob,則場強E方向向下，電子所受電場力 eE向上，則洛倫茲力必須向 下，由左手定則知 A對C錯；若Oa< ob，則場強E方向向上，電場力 eE向下，洛倫茲力必 須向上，同理可知：D對B錯?！驹u注】這是一個典型的速度選擇器模型，注意其原理及負電荷所受電場力和洛倫茲力方向的判定。2. 如圖所示，a、b是一對平行金屬板，分別接到直流電源兩極上，右邊有一擋板，正中

3、間開有一小孔d，在較大空間范圍內存在著勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向里，在a、b兩板間還存在著勻強電場E.從兩板左側中點 c處射入一束正離子（不計重力）,這些正離子都沿直線運動到右側，從d孔射出后分成3束.則下列判斷正確的是A .這三束正離子的速度一定不相同 B .這三束正離子的比荷一定不相同C. a、b兩板間的勻強電場方向一定由 a指向b D .若這三束離子改為帶負電而其他條件不變則仍能從【答案】BCDd孔射出3如圖所示，水平放置的兩塊平行金屬板，充電后與電源斷開板間存在著方向豎直向下 的勻強電場E和垂直于紙面向里、磁感強度為B的勻強磁場一質量為帶電粒子（不計重力及空氣阻力），

4、以水平速度 V0從兩極板的左端中間 射入場區(qū)，恰好做勻速直線運動則A .粒子一定帶正電B .若僅將板間距離變?yōu)樵瓉淼?2倍，粒子運動軌跡偏向下極板C.若將磁感應強度和電場強度均變?yōu)樵瓉淼?倍，粒子仍將做勻速直線運動m、電荷量為q的D .若撤去電場，粒子在板間運動的最長時間可能是【答案】CDnmqB2回旋加速器4.回旋加速器是用來加速一群帶電粒子使它獲得很大動能的儀器，其核心部分是兩個 金屬扁盒，兩盒分別和一高頻率電源兩極相接觸，以便在盒間的窄縫中形成勻強電場，子每穿過狹縫都得到加速，兩盒放在勻強磁場中，磁場方向垂直于盒底面，離子源置于盒圓D形使粒13心附近，若離子源射出的離子電量為q，質量為m

5、,粒子最大回旋半徑為 Rm，其運動軌跡tt XKXX如圖所示：問： 盒內有無電場？ 離子在盒內做何種運動？ 所加交流電頻率應是多大，離子角速度為多大？ 離子離開加速器時速度為多大，最大動能為多少？ 設兩D形盒間電場的電勢差為 U ,其電場均勻（粒子在電場中的加速時間可忽略 ）,求加速到上述能量所需時間。【解析】若盒內有電場，離子不能做勻速圓周運動，所以無電場；所加交流電頻率應等于離子做勻速圓周運動的頻率：T 2m2一墜fn粒子加速到上述能量所需時間t等于圓周運動的時間，又粒子每轉一周增加能量為2qU，所以粒子旋轉的圈數(shù)：亠二吏空2qU 2»x 2qUF q 沖 Rj 27m ttBR

6、J :.f= - X=dAmqV Bq 刃【點評】回旋加速器是典型模型，對它的原理和相關的計算應給予重點把握。B115回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其主體部分是兩個 D形金屬盒.兩金屬盒處在垂直于盒底的勻強磁場中，并分別與高頻交流電源兩極相連 接，從而使粒子每次經(jīng)過兩盒間的狹縫時都得到加速，如圖所示現(xiàn)要 增大帶電粒子從回旋加速器射出時的動能，下列方法可行的是A 減小磁場的磁感應強度B 減小狹縫間的距離C 增大高頻交流電壓D 增大金屬盒的半徑【答案】D6. 1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖所示，這臺加速器由兩個銅 質D形盒Di、D2構成，其間留有空隙，下列說法正確的是B

7、U接交流電源A 離子每回旋一次的軌道半徑變大，在磁場中回旋時間也不斷變長 B 為使離子能不斷加速，兩 D形盒間所加的電場必須為勻強電場 C.增加兩個D形盒間所加的電壓，則射出D形盒后離子所獲得動能將變大D 當增加加速器所在的磁場后，粒子回旋的次數(shù)將增加，最后射出加 速器后的速度也將變大D形金屬盒，兩使帶電粒子每【答案】D如圖所示，它的核心部分是兩個 在兩盒間的窄縫中形成交變電場,7. 回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置， 盒相距很近，分別和高頻交流電源相連接，次通過窄縫都得到加速.兩盒放在勻強磁場中， 磁場方向垂直于盒底面， 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，通過兩盒間的窄縫時反復被加速，直到達

8、到最大圓周半徑時通過特殊裝置被引出，如果用同一回旋加速器分別加速氚核（1h）和a粒子（4He），比較它們所加的高頻交流電源的周期和獲得的最大動能的大小，可知氚核獲得的最大動能較小 氚核獲得的最大動能也較大 氚核獲得的最大動能也較小 氚核獲得的最大動能較大A .加速氚核的交流電源的周期較大，B .加速氚核的交流電源的周期較大，C.加速氚核的交流電源的周期較小，D .加速氚核的交流電源的周期較小，【答案】A&勞倫斯和利文斯設計出回旋加速器，工作原理示意圖如圖所示.置于高真空中的D形金m、電屬盒半徑為R,兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可忽略.磁感應強度為B的勻強磁場與盒面垂直，高頻交流

9、電頻率為f，加速電壓為U.若A處粒子源產生的質子質量為荷量為+ q,在加速器中被加速，且加速過程中不考慮相對論效應和重力的影響.則下列說 法正確的是A .質子被加速后的最大速度不可能超過2 nRfB .質子離開回旋加速器時的最大動能與加速電壓U成正比C.質子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為D .不改變磁感應強度 B和交流電頻率f，該回旋加速器的最大動【答案】AC【解析】粒子被加速后的最大速度受到D形盒半徑R的制約，因 2 nRf,故A正確；粒子離開回旋加速器的最大動能 Ekm = 1mv2 = mx 42R2f2 = 2m T2R2f2,與 加速電壓U無關，B錯誤；根據(jù)R=乎，

10、Uq = "mvi, 2Uq = gmv；,得質子第2次和第1次Bq22經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為 V2 : 1, C正確；因回旋加速器的最大動能Ekm =2m nR*與m、R、f均有關，D錯誤.三. 質譜儀9.1922年英國物理學家阿斯頓因質譜儀的發(fā)明、同位素和質譜的研究榮獲了諾貝爾化學獎。若速度相同的同一束粒子由左端射入質譜儀后的運動軌跡如圖所示，I的是A. 該束帶電粒子帶負電B. 速度選擇器的Pi極板帶正電C. 在B2磁場中運動半徑越大的粒子，質量越大D. 在B2磁場中運動半徑越大的粒子 ，比荷q/m越小 【解析】根據(jù)帶電粒子在磁場中偏轉情況，由左手定則可知，該束帶電粒

11、子帶正電，選項 A錯誤；速度選擇器的Pi極板帶正電，選項B正確；粒子進入 B2磁場，洛倫茲力提供向心力，由R=mv/Bq可知，在B2磁場中運動半徑越大的粒子 ，比荷q/m越小，選項 C錯誤【答案】BD【名師點評】此題考查質譜儀的工作原理及其相關知識。10（ 2009廣東單科-改編12）如圖是質譜儀的工作原理示意圖，帶電粒子被加速電場加速后，進入速度選擇器（帶電粒子的重力不計）.速度選擇器內有互相垂直的勻強磁場和勻強電場， 磁場的磁感應強度為 B,電場的場強為 E.擋板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2,擋板S下方有磁感應強度為 B0的勻強磁場.下列表述正確的是則下列相關說法

12、中正確ElH 0 X H 電 K MM KM核 乳 腔 片D正確。n.加速電場A .質譜儀是分析同位素的重要工具B .速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向里C .能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于 B/ED.帶電粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，帶電粒子的比荷越小【答案】A:11. （2009年廣東單科12 4分）如圖所示是質譜儀的工作原理示意圖.帶電粒子被加速電 場加速后，進入速度選擇器.速度選擇器內相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為BA1A2.平板S下方有磁感應強和E.平板S上有可讓粒子通過的狹縫 P和記錄粒子位置的膠片 度為Bo的勻強磁場.下列表述正確的是A .質譜儀是分析同位素的重要工

13、具B .速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外C.能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于 E/BD .粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P,粒子的比荷越小【答案】ABC【解析】粒子在題圖中的電場中加速，說明粒子帶正電，其通過速度 選擇器時，電場力與洛倫茲力平衡，則洛倫茲力方向應水平向左，由左手定則知，磁場的方向應垂直紙面向外，選項B正確；由Eq = Bqv可知，v= E/B，選項2mv rmD = Bq，可見 則粒子的比荷越大，D不同，則粒子的比荷不同， 因此利用該裝置可以分析同位素， D錯誤.C正確;粒子打在膠片上的位置到狹縫的距離即為其做勻速圓周運動的直徑D越小，A正確，12.（多選）（質譜儀模型）19

14、22年英國物理學家阿斯頓因質譜儀的發(fā)明、同位素和質譜的研究 榮獲了諾貝爾化學獎.若速度相同的同一束粒子由左端射入質譜儀后的運動軌跡如圖6所示，則下列相關說法中正確的是A .該束帶電粒子帶負電B .速度選擇器的 Pi極板帶正電C.在B2磁場中運動半徑越大的粒子，質量越大D 在B2磁場中運動半徑越大的粒子，荷質比-越小m【解析】由粒子在右邊磁場中的偏轉可知，粒子帶正電，A帶正電的粒子在速度選擇器中受洛倫茲力向上，電場力應向下，錯;所以上板帶正電，B對；由R= mV可知，在V、B相同時，半徑越大，荷質比越小,qBD對.【答案】BD13.如圖所示是質譜儀工作原理的示意圖，帶電粒子a、b經(jīng)電壓U加速（在

15、A點初速度為0）后，進入磁感應強度為 B的勻強磁場做勻速圓周運動，最 后分別打在感光板 S上的X1、X2處.圖中半圓形的虛線分別表示帶電粒子a、b所通過的路徑，則A . a的質量一定大于 b的質量B. a的電荷量一定大于 b的電荷量C. a運動的時間大于 b運動的時間D. a的比荷大于b的比荷【答案】D【解析】粒子經(jīng)電場加速的過程，由動能定理有:2第二定律知Bqv0= mV，所以R=R1qU = "mvo2；粒子在磁場中運動,由牛頓2mU，由圖知Ra<Rb，故蟲嚴，A、B錯， qma mb周期為T = 嚴，a、b粒子運行時間均為T，所以a運動的時間小于b運動的時間,Bq2D對；

16、因C錯.14. （2011年浙江理綜20 6分）利用如圖所示裝置可以選擇一定速度范圍內的帶電粒子。 圖中板MN上方是磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場，板上有兩條寬度分別為2d和d的縫，兩縫近端相距為 L。一群質量為 m、電荷量為q,具有不同速度的的粒子 從寬度為2d的縫垂直于板 MN進入磁場，對于能夠從寬度d的罷縫射出的粒子，下列說法正確的是XA .粒子帶正電XXXB .射出粒子的最大速度為C .保持d和L不變，增大 度之差增大D .保持d和B不變，增大【答案】BC【解析】粒子的qB d+ L2mB，射出粒子的最大速度與最小速L,射出粒子的最大速度與最小速度之差增大由左手定則可判

17、斷粒子帶負電,最小半徑rmiV，根據(jù)XXXXXXXXXXXXXXXX XX X以X XX XXXXXXXXXXX故A錯誤；由題意知：粒子的最大半徑rmax、2=鰹，則2mr mv 可得、，qE（ 3 d）'品，可得vmax二VminD錯誤。Vm a -vm亍3，故可知B、C正確，2m四. 霍爾元件、磁強計、電磁流量計15. （2013高考重慶卷）如圖所示，一段長方體形導電材料，左右兩端面的邊長都為 內有帶電量為 q的某種自由運動電荷導電材料置于方向垂直于其前表面向里的勻強磁場中，內部磁感應強度大小為 B.當通以從左到右的穩(wěn)恒電流 I時，測得導電材料上、下表面之 間的電壓為U，且上表面的

18、電勢比下表面的低.由此可得該導電材料單位體積內自由運動電荷數(shù)及自由運動電荷的正負分別為（）r下f IB TD麗，正IB &r IB 十c IB 工A. 麗，負B.而，正C.麗U，負【解析】選C.準確理解電流的微觀表達式，并知道穩(wěn)定時電荷受到的電場力和洛倫茲力平衡，是解決本題的關鍵.由于上表面電勢低，根據(jù)左手定則判斷出自由運動電荷帶負電，排除B、D兩項.電荷穩(wěn)定時，所受電場力和洛倫茲力平衡,q# = |q|vB ，由電流的微觀表達式知：1= |q|nSv= |q|nabv，由聯(lián)立，得n =咼，故選項C正確.|q|bU16. （2011江蘇北四市第二次調研）利用霍爾效應制作的霍爾元件廣泛應

19、用于測量和自動控制 等領域。如圖是霍爾元件的工作原理示意圖，磁感應強度B垂直于霍爾元件的工作面向下,通入圖示方向的電流I, C、D兩側面會形成電勢差 UcD，下列說法中正確的是（A.B.C.D.【答案】電勢差UcD僅與材料有關 若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢差 僅增大磁感應強度時，電勢差U CD變大在測定地球赤道上方的地磁場強弱時，元件的工作面應保持水平BCUCD < 0）?！窘馕觥慨斴d流子q所受電場力qCDg為C、D兩側面距離）與洛倫茲力qvB相等時，C、D兩側面會形成電勢差 UcD ；根據(jù)電流的微觀表達式有1 = nqvS,得Ucd =Bl/nqh，其中n為單位體積內的載流子數(shù)

20、目，h為元件的厚度；可見電勢差度以及電流、材料均有關，A錯，C對；若載流子是自由電子，電子將偏向側面電勢低，B對；地球赤道上方的地磁場方向水平，元件的工作面應保持豎直， 17.目前有一種磁強計，用于測定地磁場的磁感應強度.磁強計的原理如圖U CD與磁感應強C側面運動，CD錯。10所示，電路有一段金屬導體，它的橫截面是寬為 a、高為b的長方形，放在沿y軸正方向的勻強磁場中, 導體中通有沿x軸正方向、大小為I的電流.已知金屬導體單位體積中的自由電子數(shù)為 電子電荷量為e,金屬導電過程中，自由電子所做的定向移動可視為勻速運動.兩電極 N均與金屬導體的前后兩側接觸，用電壓表測出金屬導體前后兩個側面間的電

21、勢差為 磁感應強度的大小和電極M、N的正負為nebU ，”十屆A. , M 正、N 負n ebU 辰一十C.I, M 負、N 正【答案】Cn,M、U.則n eaU B.P c neaU d.-T3.電磁流量計原理:18.（2009年寧夏理綜16 6分）醫(yī)生做某些特殊手術時，利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度電磁血流計由一對電極 勻的使用時，兩電極兩垂直，如圖7所示.由于血液中的正負離子隨血流一起在磁場中運動，電極a和b以及一對磁極 N和S構成，磁極間的磁場是均a、b均與血管壁接觸，兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩 a、b之間會 血液中的離子所受的電有微小電勢差.在達到平衡時，血管內部

22、的電場可看做是勻強電場， 場力和磁場力的合力為零.在某次監(jiān)測中，兩觸點間的距離為 略，兩觸點間的電勢差為 極a、b的正負為3.0mm，血管壁的厚度可忽 0.040T .則血流速度的近似值和電A.1.3 m/s, a 正、b負B . 2.7 m/s , a 正、b負C.1.3 m/s , a 負、b正D . 2.7 m/s , a 負、b正【答案】A【解析】依據(jù)左手定則，正離子在磁場中受到洛倫茲力作用向上偏,160訓，磁感應強度的大小為負離子在磁場中受到洛倫茲力作用向下偏，因此電極a為正、b測電勢差負；當平衡時，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零,-6U160 X10二Bd = 0.04

23、 水X10-3 m/s - 1.3 m/sA 正確。19.如圖7所示是電磁流量計的示意圖。圓管由非磁性材料制成, 的導電液體流過磁場區(qū)域時 ，測出管壁上 MN兩點的電動勢 Q單位時間內流過管道橫截面的液體的體積。已知管的直徑為 關于Q的表達式正確的是貝U qE = qvB,可得 v=z =B空間有勻強磁場。當管中E,就可以知道管中液體的流量d磁感應強度為B，則C.邛dEB_2E-4BC 叱EQ =4BC Q d2ED . Q =XX X* f (I3X<1M* mV器X X耳)A【答案】五、示波器20. 示波器可以用來觀察電信號隨時間變化的情況，其核心部件是示波管.若在熒光屏上出現(xiàn)如圖的

24、正弦式交變電流波形，則在水平偏轉電極 XX、豎直偏轉電極 YY所加的電壓波形是轉電極V-:0-:工！，.UA Ayliti!LLO1 V N/ ,（4）A. XX '加圖波形電壓，丫丫 '加圖波形電壓B. XX '加圖 波形電壓，丫丫 '加圖波形電壓C. XX '加圖 波形電壓，丫丫 '加圖波形電壓D. XX '加圖波形電壓，丫丫加圖波形電壓【答案】D21. 示波器是一種電子儀器，用它來觀察電信號隨時間變化的情況。波管，由電子槍、偏轉電極和熒光屏組成，其原理圖如圖甲所示，示波器的核心部件是示 圖乙是從右向左看到的熒光屏的平面圖。在偏轉電極XX ' yy上都不加電壓時，電子束將打在熒光屏的中心點。電子槍I下列有關運用偏轉電場實現(xiàn)對電子束的控制的方法 讓亮斑沿0丫向上移動，在偏轉電