2023版新教材高中物理第1章安培力與洛倫茲力微點8質(zhì)譜儀課時作業(yè)新人教版選擇性必修第二冊

微點8質(zhì)譜儀1．如圖是質(zhì)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(nèi)正交的勻強磁場和勻強電場的磁感應強度和電場強度分別為B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A1A2.平板S下方有磁感應強度為B0的勻強磁場．下列表述正確的是()A．該帶電粒子帶負電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eq\f(B,E)D．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越大2．質(zhì)譜儀的兩大重要組成部分是加速電場和偏轉(zhuǎn)磁場．如圖所示為質(zhì)譜儀的原理圖，設想有一個靜止的質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子(不計重力)，經(jīng)電壓為U的加速電場加速后垂直進入磁感應強度為B的偏轉(zhuǎn)磁場中，帶電粒子打到底片上的P點，設OP＝x，則下列能正確反映x與U之間的函數(shù)關系的是()3．質(zhì)譜儀原理如圖所示．電荷量為q、質(zhì)量為m的離子從容器A下方的狹縫S1飄入(初速度視為零)電壓為U的加速電場區(qū)，然后從S3沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場，最終到達照相底片D上，則離子在磁場中運動的軌道半徑為()A．eq\f(1,B)eq\r(\f(q,2mU))B．eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))C．Beq\r(\f(q,2mU))D．Beq\r(\f(2mU,q))4.用質(zhì)譜儀分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定．質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場加速，經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后從出口P離開磁場．若某種一價正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速，為使它經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后仍從P點離開磁場，需將磁感應強度增加到原來的11倍．則此離子和質(zhì)子的質(zhì)量之比為()A．11B．12C．144D．1215．(多選)質(zhì)譜儀是可以用來分析同位素的裝置，如圖所示．電容器兩極板相距為d，兩板間電壓為U，極板間勻強磁場的磁感應強度為B1，一束含有eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H(氕核)、eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H(氘核)、eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))He(氦核)的粒子束沿電容器的中線平行于極板射入電容器，沿直線穿過電容器后從O點進入另一磁感應強度為B2的勻強磁場，結(jié)果分別打在感光片上的a、b兩點，不計重力．則以下分析正確的是()A．速度選擇器中的磁場B1方向垂直紙面向外B．粒子進入勻強磁場B2時的速度v＝eq\f(U,B2d)C.打在a點的粒子中有eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H粒子D．粒子打在a、b兩點間的距離等于Ob間距離的一半6．質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量或分析同位素的重要設備，它的構(gòu)造原理如圖所示，離子源S產(chǎn)生的比荷為k的離子束(速度可視為零)，經(jīng)M、N兩板間大小為U的加速電壓加速后從小孔S1垂直于磁感線進入勻強磁場，運轉(zhuǎn)半周后到達照相底片上的P點．已知P點到小孔S1的距離為x，勻強磁場的方向垂直于紙面向外，則下列說法不正確的是()A．M板帶正電B．粒子進入勻強磁場的速度大小為eq\r(2kU)C．勻強磁場的磁感應強度大小為eq\f(2,x)eq\r(\f(2U,k))D．x相同，對應離子的比荷可能不相等7．速度相同的一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后分成甲、乙兩束，其運動軌跡如圖所示，其中3S0A＝2S0C，則下列說法正確的是()A．甲束粒子帶正電，乙束粒子帶負電B．甲束粒子的比荷小于乙束粒子的比荷C．能通過狹縫S0的帶電粒子的速率等于eq\f(E,B1)D．若甲、乙兩束粒子的電荷量相等，則甲、乙兩束粒子的質(zhì)量比為3∶28．如圖所示為質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)簡圖，質(zhì)量數(shù)分別為40和46的正二價鈣離子先經(jīng)過電場加速(初速度忽略不計)，接著進入勻強磁場，最后打在底片上．實際加速電壓通常不是恒定值，而是有一定范圍．若加速電壓取值范圍為(U－ΔU，U＋ΔU)，兩種離子打在底片上的區(qū)域恰好不重疊，則eq\f(ΔU,U)的值約為()A．0.07B．0.10C．0.14D．0.179．用質(zhì)譜儀測量帶電粒子的比荷，其原理如圖所示，A是粒子源，釋放出的帶電粒子(不計重力)，經(jīng)小孔S1飄入電壓為U的加速電場(初速度可忽略不計)，加速后經(jīng)小孔S3進入磁感應強度為B的勻強磁場中，最后打在照相底片上D點．測得D點到S3的距離為d，則該粒子的比荷eq\f(q,m)為()A．eq\f(2U,B2d2)B．eq\f(4U,B2d2)C．eq\f(8U,B2d2)D．eq\f(16U,B2d2)10．質(zhì)譜儀可以測定有機化合物分子結(jié)構(gòu)，其過程可簡化為如圖所示．樣品室現(xiàn)有某有機物氣體分子在離子化室碎裂成帶正電、初速度為零的離子，再經(jīng)過高壓電源區(qū)、圓形磁場室(內(nèi)為勻強磁場)、真空管，最后打在記錄儀上，通過測量可測出離子比荷，從而推測有機物的分子結(jié)構(gòu)．已知高壓電源區(qū)的電壓為U，圓形磁場區(qū)的半徑為R，內(nèi)部的磁感應強度大小為B.真空管與水平面夾角為θ，離子進入磁場室時速度方向指向圓心．則()A．高壓電源A端接電源的正極B．磁場室內(nèi)磁場方向為垂直紙面向里C．磁場室內(nèi)兩同位素的運動軌跡分別為軌跡Ⅰ和Ⅱ，則軌跡Ⅰ的同位素質(zhì)量較大D.記錄儀接收到的信號對應的離子比荷eq\f(q,m)＝eq\f(2Utan2\f(θ,2),B2R2)11．如圖所示為一種質(zhì)譜儀的工作原理示意圖，此質(zhì)譜儀由以下幾部分構(gòu)成：離子源、加速電場、靜電分析器、磁分析器、收集器．靜電分析器通道中心線MN所在圓的半徑為R，通道內(nèi)有均勻輻射的電場，中心線處的電場強度大小為E；磁分析器中分布著方向垂直于紙面，磁感應強度為B的勻強磁場，磁分析器的左邊界與靜電分析器的右邊界平行．由離子源發(fā)出一個質(zhì)量為m、電荷量為＋q的離子(初速度為零，重力不計)，經(jīng)加速電場加速后進入靜電分析器，沿中心線MN做勻速圓周運動，而后由P點進入磁分析器中，最終經(jīng)過Q點進入收集器(進入收集器時速度方向與O2P平行).下列說法正確的是()A．磁分析器中勻強磁場的方向垂直于紙面向內(nèi)B．加速電場中的加速電壓U＝eq\f(1,2)ERC．磁分析器中軌跡圓心O2到Q點的距離d＝eq\r(\f(mER,q))D．任何帶正電的離子若能到達P點，則一定能進入收集器[答題區(qū)]題號123456答案題號7891011答案12.質(zhì)譜儀原理如圖所示，a為粒子加速器，電壓為U1；b為速度選擇器，磁場與電場正交，磁感應強度為B1，板間距離為d；c為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應強度為B2.今有一質(zhì)量為m、電荷量為e的正粒子(不計重力)，在加速場中由靜止加速后，該粒子沿著虛線勻速通過速度選擇器，粒子進入分離器后做勻速圓周運動．求：(1)粒子的速度v的大??；(2)速度選擇器的電壓U2；(3)粒子在B2磁場中做勻速圓周運動的半徑R.微點8質(zhì)譜儀1．答案：D解析：根據(jù)題圖，由左手定則可以知道粒子帶正電，選項A錯誤；粒子帶正電，在速度選擇器中所受電場力向右，則洛倫茲力向左，由左手定則可判斷磁場方向垂直紙面向外，選項B錯誤；由qE＝qvB得v＝eq\f(E,B)，此速率的離子在速度選擇器中受力平衡，可沿直線運動，選項C錯誤；由qvB0＝eq\f(mv2,R)可得eq\f(q,m)＝eq\f(v,B0R)，v、B0相等，知比荷越大，R越小，選項D正確．2．答案：B解析：帶電粒子先經(jīng)加速電場加速，有qU＝eq\f(1,2)mv2；進入磁場后偏轉(zhuǎn)，x＝2r＝eq\f(2mv,qB)；兩式聯(lián)立得x＝eq\r(\f(8mU,B2q))，知x∝eq\r(U)，選項B正確．3．答案：B解析：粒子在電場中加速時，根據(jù)動能定理有qU＝eq\f(1,2)mv2帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，有qvB＝meq\f(v2,r)聯(lián)立解得r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))，故選B.4．答案：D解析：假設質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子在質(zhì)譜儀中運動，設粒子在勻強磁場中運動的速度為v，粒子在加速電場中加速運動，由動能定理可得Uq＝eq\f(1,2)mv2，解得v＝eq\r(\f(2qU,m))；粒子在磁場中做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，則有qvB＝meq\f(v2,R)，解得R＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2Um,q)).因為離子和質(zhì)子從同一出口離開磁場，所以它們在磁場中運動的半徑相等，即eq\f(1,B0)eq\r(\f(2Um質(zhì),e))＝eq\f(1,11B0)eq\r(\f(2Um離,e))，可得離子和質(zhì)子的質(zhì)量之比為m離∶m質(zhì)＝121∶1，選項D正確，A、B、C錯誤．5．答案：AC解析：帶電粒子在電容器中做勻速直線運動，洛倫茲力與電場力平衡，粒子所受電場力向上，可知洛倫茲力向下，根據(jù)左手定則，速度選擇器中的磁場B1方向垂直紙面向外，故A正確；由二力平衡，可得qvB1＝qeq\f(U,d)，解得v＝eq\f(U,B1d)，故B錯誤；粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，由qvB2＝meq\f(v2,R)解得R＝eq\f(mv,qB2)，聯(lián)立可得R＝eq\f(mU,qB2B1d)打在感光片上的點到O點的距離為d＝2R＝eq\f(2mU,qB2B1d)與粒子的eq\f(m,q)成正比，eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H(氕核)打在b點，eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H(氘核)和eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))He(氦核)打在a點，故C正確；根據(jù)C選項分析，可知Oa距離是Ob距離的兩倍，所以粒子打在a、b兩點間的距離等于Ob間距離，故D錯誤．6．答案：D解析：因為洛倫茲力提供向心力，根據(jù)左手定則知，偏轉(zhuǎn)粒子帶正電，而粒子是從MN間加速出來的，故電場力向上，則電場強度向上，故M板帶正電，故A正確，不符合題意；根據(jù)動能定理qU＝eq\f(1,2)mv2又有k＝eq\f(q,m)聯(lián)立可得v＝eq\r(2kU)故B正確，不符合題意；根據(jù)洛倫茲力提供向心力Bqv＝meq\f(v2,r)，半徑為r＝eq\f(x,2)聯(lián)立可得B＝eq\f(2,x)eq\r(\f(2U,k))由此可知x相同，磁感應強度B相同，則對應離子的比荷相等，故C正確，不符合題意，D錯誤，符合題意．故選D.7．答案：C解析：甲粒子在磁場中向上偏轉(zhuǎn)，乙粒子在磁場中向下偏轉(zhuǎn)，根據(jù)左手定則知甲粒子帶負電，乙粒子帶正電，故A錯誤；能通過狹縫S0的帶電粒子，根據(jù)平衡條件有qE＝qvB1，解得，粒子速率v＝eq\f(E,B1)，故C正確；根據(jù)洛倫茲力提供向心力，有qvB2＝meq\f(v2,r)得r＝eq\f(mv,qB2)，由v、B2都相同，r甲<r乙，則甲的比荷大于乙的比荷，故B錯誤；由圖示粒子運動軌跡可知r甲＝eq\f(1,2)S0A，r乙＝eq\f(1,2)S0C，由題意可知S0A＝eq\f(2,3)S0C，則r甲∶r乙＝2∶3，粒子軌道半徑r＝eq\f(mv,qB2)，由題意可知v，q，B2都相同，則eq\f(r甲,r乙)＝eq\f(m甲,m乙)＝eq\f(2,3)，則甲、乙兩束粒子的質(zhì)量比為2∶3，故D錯誤．8．答案：A解析：粒子在電場中加速qU＝eq\f(1,2)mv2，在磁場中做圓周運動qvB＝eq\f(mv2,R)，解得R＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))，鈣40最大半徑R1＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2m1（U＋ΔU）,q))，鈣42最小半徑R2＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2m2（U－ΔU）,q))兩軌跡不發(fā)生交疊，有R1<R2，解得eq\f(ΔU,U)<eq\f(m2－m1,m2＋m1)，代入數(shù)據(jù)有eq\f(ΔU,U)<0.0698，兩種離子打在底片上的區(qū)域恰好不重疊，則eq\f(ΔU,U)的值約為0.07，故選A.9．答案：C解析：電場中，由動能定理得qU＝eq\f(1,2)mv2，磁場中，由題圖可知d＝2r由洛倫茲力提供向心力得qvB＝meq\f(v2,\f(d,2))聯(lián)立解得eq\f(q,m)＝eq\f(8U,B2d2)，故ABD錯誤，C正確．10．答案：D解析：正離子在電場中加速，可以判斷高壓電源A端應接負極，同時根據(jù)左手定則知，磁場室的磁場方向應垂直紙面向外，AB錯誤；設離子通過高壓電源后的速度為v，由動能定理可得qU＝eq\f(1,2)mv2離子在磁場中偏轉(zhuǎn)，則qvB＝meq\f(v2,r)聯(lián)立得出r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))由此可見，質(zhì)量大的離子的運動軌跡半徑大，則軌跡Ⅱ的同位素質(zhì)量較大，C錯誤；離子在磁場中偏轉(zhuǎn)軌跡如圖所示由幾何關系可知r＝eq\f(R,tan\f(θ,2))可解得eq\f(q,m)＝eq\f(2Utan2\f(θ,2),B2R2)D正確．故選D.11．答案：B解析：該離子在磁分析器中沿順時針方向轉(zhuǎn)動，所受洛倫茲力指向圓心，根據(jù)左手定則可知，磁分析器中勻強磁場的方向垂直于紙面向外，故A錯誤；該離子在靜電分析器中做勻速圓周運動，由牛頓第二定律有qE＝meq\f(v2,R)，在加速度電場中，由動能定理有qU＝eq\f(1,2)mv2，聯(lián)立解得U＝eq\f(1,2)ER，故B正確；該離子在磁分析器中做勻速圓周運動，由牛頓第二定律有qvB＝meq