2021年高考物理100考點模擬題千題精練-專題3.24-質(zhì)譜儀選擇題(原卷版)(附解析)

2021年高考物理100考點最新模擬題千題精練（選修3-1）第三部分磁場專題3.24質(zhì)譜儀選擇題（基礎篇）一．選擇題1．（2020陜西咸陽一模）質(zhì)譜儀是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具．如圖所示為質(zhì)譜儀的原理示意圖，現(xiàn)利用質(zhì)譜儀對氫元素進行測量．讓氫元素三種同位素的離子流從容器A下方的小孔s無初速度飄入電勢差為U的加速電場．加速后垂直進入磁感強度為B的勻強磁場中．氫的三種同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三條“質(zhì)譜線”．則下列判斷正確的是（）A.

進入磁場時速度從大到小排列的順序是氕、氘、氚B.

進入磁場時動能從大到小排列的順序是氕、氘、氚C.

在磁場中運動時間由大到小排列的順序是氕、氘、氚D.

a、b、C三條“質(zhì)譜線”依次排列的順序是氕、氘、氚2.質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具。圖中的鉛盒A中的放射源放出大量的帶正電粒子(可認為初速度為零)，從狹縫S1進入電壓為U的加速電場加速后，再通過狹縫S2從小孔G垂直于MN射入偏轉(zhuǎn)磁場，該偏轉(zhuǎn)磁場是以直線MN為切線、磁感應強度為B、方向垂直于紙面向外、半徑為R的圓形勻強磁場?，F(xiàn)在MN上的F點(圖中未畫出)接收到該粒子，且GF＝eq\r(3)R，則該粒子的比荷為(粒子的重力忽略不計)A.eq\f(8U,R2B2)B.eq\f(4U,R2B2)C.eq\f(6U,R2B2)D.eq\f(2U,R2B2)3.（2019江西南昌三模）現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(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（H）在入口處從靜止開始被電場加速，經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場。若換作α粒子（He）在入口處從靜止開始被同一電場加速，為使它經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應強度增加到原來的倍數(shù)是（）A． B． C．2 D．4.(2016·北京東城區(qū)模擬)如圖所示，一束質(zhì)量、速度和電荷量不全相等的離子，經(jīng)過由正交的勻強電場和勻強磁場組成的速度選擇器后，進入另一個勻強磁場中并分裂為A、B兩束，下列說法中正確的是()A.組成A束和B束的離子都帶負電B.組成A束和B束的離子質(zhì)量一定不同C.A束離子的比荷大于B束離子的比荷D.速度選擇器中的磁場方向垂直于紙面向外5．如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成．若靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場在中心線處的電場強度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強磁場，磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向外．一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿中心線通過靜電分析器，由P點垂直邊界進入磁分析器，最終打到膠片上的Q點．不計粒子重力．下列說法正確的是()A．粒子一定帶正電B．加速電場的電壓U＝eq\f(1,2)ERC．直徑PQ＝eq\f(2,B)eq\r(qmER)D．若一群離子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點，則該群離子具有相同的比荷6.(2016洛陽聯(lián)考)如圖所示為“用質(zhì)譜儀測定帶電粒子質(zhì)量”的裝置示意圖。速度選擇器中場強E的方向豎直向下，磁感應強度B1的方向垂直紙面向里，分離器中磁感應強度B2的方向垂直紙面向外。在S處有甲、乙、丙、丁四個一價正離子垂直于E和B1入射到速度選擇器中，若它們的質(zhì)量關系滿足，速度關系滿足，它們的重力均可忽略，則打在P1、P2、P3、P4四點的離子分別是SSB2P1P2P3P4B1A．甲丁乙丙 B．乙甲丙丁C．丙丁乙甲 D．丁甲丙乙7.如圖所示，一束帶電粒子以一定的初速度沿直線通過由相互正交的勻強磁場(磁感應強度為B)和勻強電場(電場強度為E)組成的速度選擇器，然后粒子通過平板S上的狹縫P進入另一勻強磁場(磁感應強度為B′)，最終打在A1A2上，下列表述正確的是()A.粒子帶負電B.所有打在A1A2上的粒子，在磁感應強度為B′的磁場中的運動時間都相同C.能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于eq\f(E,B)D.粒子打在A1A2的位置越靠近P，粒子的比荷eq\f(q,m)越大8.（2020百校聯(lián)盟模擬2）如圖所示為質(zhì)譜儀的結構原理圖帶有小孔的兩個水平極板、間有垂直極板方向的勻強電場，圓筒內(nèi)可以產(chǎn)生質(zhì)子和氚核，它們由靜止進入極板間，經(jīng)極板間的電場加速后進入下方的勻強磁場，在磁場中運動半周后打到底片上。不計質(zhì)子和氚核的重力及它們間的相互作用。則下列判斷正確的是（）A.質(zhì)子和氚核在極板、間運動的時間之比為B.質(zhì)子和氚核在磁場中運動的時間之比為C.質(zhì)子和氚核在磁場中運動的速率之比為D.質(zhì)子和氚核在磁場中運動的軌跡半徑之比為9.（2020高考仿真沖刺卷）質(zhì)譜儀是一種測量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具,它的構造原理如圖,離子源A產(chǎn)生電荷量相同而質(zhì)量不同的離子束(初速度可視為零),從狹縫S1進入電場,經(jīng)電壓為U的加速電場加速后,再通過狹縫S2從小孔垂直MN射入圓形勻強磁場.該勻強磁場的磁感應強度為B,方向垂直于紙面向外,半徑為R,磁場邊界與直線MN相切在E點.離子離開磁場最終到達感光底片MN上,設離子電荷量為q,到達感光底片上的點與E點的距離為x,不計重力,可以判斷()A.離子束帶負電B.x越大,則離子的比荷一定越大C.到達x=R處的離子在勻強磁場運動時間為D.到達x=R處的離子質(zhì)量為10．（2020高考信息卷）如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成。若靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場在中心線處的電場強度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向外。一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿中心線通過靜電分析器，由P點垂直邊界進入磁分析器，最終打到膠片上的Q點，不計粒子重力，下列說法中正確的是A．加速電場的電壓U＝ERB．極板M比極板N電勢低C．直徑PQ＝D．若一群粒子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點，則該群粒子具有相同的比荷11.分離同位素時，為提高分辨率，通常在質(zhì)譜儀內(nèi)的磁場前加一扇形電場。扇形電場由彼此平行、帶等量異號電荷的兩圓弧形金屬板形成，其間電場沿半徑方向。被電離后帶相同電荷量的同種元素的同位素離子，從狹縫沿同一方向垂直電場線進入靜電分析器，經(jīng)過兩板間靜電場后會分成幾束，不考慮重力及離子間的相互作用，則()A．垂直電場線射出的離子速度的值相同B．垂直電場線射出的離子動量的值相同C．偏向正極板的離子離開電場時的動能比進入電場時的動能大D．偏向負極板的離子離開電場時動量的值比進入電場時動量的值大12、(2018·江西五校聯(lián)考)(多選)如圖所示，含有eq\o\al(1,1)H(氕核)、eq\o\al(2,1)H(氘核)、eq\o\al(4,2)He(氦核)的帶電粒子束從小孔O1處射入速度選擇器，沿直線O1O2運動的粒子在小孔O2處射出后垂直進入偏轉(zhuǎn)磁場，最終打在P1、P2兩點．則()A．打在P1點的粒子是eq\o\al(4,2)HeB．打在P2點的粒子是eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(4,2)HeC．O2P2的長度是O2P1長度的2倍D．粒子在偏轉(zhuǎn)磁場中運動的時間都相等13.現(xiàn)有一種質(zhì)譜儀如圖所示,離子化室存在一些初速度為零的正離子。正離子經(jīng)高壓電源加速,加速后通過圓形磁場室(內(nèi)為勻強磁場)、真空管,最后打在記錄儀上,通過處理就可以得到正離子比荷(),進而推測有機物的分子結構。已知高壓電源的電壓為U,圓形磁場室的半徑為R,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。則下列說法正確的是()A.高壓電源A端應接電源的正極B.磁場室的磁場方向必須垂直紙面向里C.兩種一價正離子X1,X2(X1質(zhì)量大于X2)同時進入磁場室后,出現(xiàn)圖中的軌跡Ⅰ和Ⅱ,則軌跡I一定對應X2D.若磁場室內(nèi)的磁感應強度大小為B,當記錄儀接收到一個明顯的信號時,與該信號對應的離子比荷為14.(2016·全國卷Ⅰ·15)現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖3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)后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應強度增加到原來的12倍．此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為()A．11B．12C．121D．14415．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)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為B和平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片平板S下方有強度為的勻強磁場。下列表述不正確的是（）A.質(zhì)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外C.能通過的狹縫P的帶電粒子的速率等于D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的荷質(zhì)比越小16．某種質(zhì)譜儀的原理如圖所示。高速原子核從A點沿AC方向進入平行正對的金屬平板之間，板間有方向如圖，大小為E的勻強電場，還有垂直于紙面，磁感應強度為B1的勻強磁場(圖中未畫出)。符合條件的原子核能從C點沿半徑方向射入半徑為R的圓形磁場區(qū)，磁感應強度大小為B2，方向垂直于紙面向外。接收器安放在與圓形磁場共圓心的弧形軌道上，其位置由OP與OD的夾角θ描述。不考慮原子核所受重力對運動的影響，下列說法正確的是()A.B1方向垂直于紙面向外B.能從C點進入圓形磁場的原子核的速度為C.若某原子核的原子序數(shù)為Z，實驗中接收器在θ所對應位置能接收原子核，則該原子核的質(zhì)量m為D.現(xiàn)用此儀器分析氫的同位素，若在θ=120°的位置能接收到氕核，那么應該將接收器放于θ=60°的位置能接收到氚核17．如圖，一束帶電粒子以一定的初速度沿直線通過由相互正交的勻強磁場磁感應強度為B和勻強電場電場強度為E組成的速度選擇器，然后粒子通過平板S上的狹縫P進入另一勻強磁場磁感應強度為，最終打在上，下列表述正確的是（）A.粒子帶負電B.所有打在上的粒子，在磁感應強度為的磁場中的運動時間都相同C.能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于D.粒子打在上的位置越靠近P，粒子的比荷越大

2021年高考物理100考點最新模擬題千題精練（選修3-1）第三部分磁場專題3.24質(zhì)譜儀選擇題（基礎篇）一．選擇題1．（2020陜西咸陽一模）質(zhì)譜儀是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具．如圖所示為質(zhì)譜儀的原理示意圖，現(xiàn)利用質(zhì)譜儀對氫元素進行測量．讓氫元素三種同位素的離子流從容器A下方的小孔s無初速度飄入電勢差為U的加速電場．加速后垂直進入磁感強度為B的勻強磁場中．氫的三種同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三條“質(zhì)譜線”．則下列判斷正確的是（）A.

進入磁場時速度從大到小排列的順序是氕、氘、氚B.

進入磁場時動能從大到小排列的順序是氕、氘、氚C.

在磁場中運動時間由大到小排列的順序是氕、氘、氚D.

a、b、C三條“質(zhì)譜線”依次排列的順序是氕、氘、氚【參考答案】A【名師解析】根據(jù)qU=mv2得，v=．比荷最大的是氕，最小的是氚，所以進入磁場速度從大到小的順序是氕、氘、氚。故A正確，根據(jù)動能定理可知Ek=qU，故動能相同，故B錯誤；時間為t=T=，故在磁場中運動時間由大到小排列的順序是氚氘氕，故C錯誤；進入偏轉(zhuǎn)磁場有qvB=m，

解得：R=mv/qB=，氕比荷最大的，軌道半徑最小，c對應的是氕，氚比荷最小，則軌道半徑最大，a對應的是氚，故D錯誤。

【關鍵點撥】。

根據(jù)動能定理求出粒子進入偏轉(zhuǎn)磁場的速度，知道三種粒子進入磁場的速度大小關系，再根據(jù)洛倫茲力提供向心力求出R與什么因素有關，從而得出a、b、c三條“質(zhì)譜線”的排列順序．

解決本題的關鍵知道根據(jù)動能定理求出速度，知道速度與比荷有關，以及知道根據(jù)qvB=m可求出軌道半徑與比荷有關．2.質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具。圖中的鉛盒A中的放射源放出大量的帶正電粒子(可認為初速度為零)，從狹縫S1進入電壓為U的加速電場加速后，再通過狹縫S2從小孔G垂直于MN射入偏轉(zhuǎn)磁場，該偏轉(zhuǎn)磁場是以直線MN為切線、磁感應強度為B、方向垂直于紙面向外、半徑為R的圓形勻強磁場?，F(xiàn)在MN上的F點(圖中未畫出)接收到該粒子，且GF＝eq\r(3)R，則該粒子的比荷為(粒子的重力忽略不計)A.eq\f(8U,R2B2)B.eq\f(4U,R2B2)C.eq\f(6U,R2B2)D.eq\f(2U,R2B2)【參考答案】C【名師解析】設離子被加速后獲得的速度為v，由動能定理有qU＝eq\f(1,2)mv2，由幾何知識知，離子在磁場中做勻速圓周運動的軌道半徑r＝eq\f(\r(3)R,3)，又Bqv＝meq\f(v2,r)，可求eq\f(q,m)＝eq\f(6U,R2B2)，故C正確。3.（2019江西南昌三模）現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(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（H）在入口處從靜止開始被電場加速，經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場。若換作α粒子（He）在入口處從靜止開始被同一電場加速，為使它經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應強度增加到原來的倍數(shù)是（）A． B． C．2 D．【參考答案】B【命題意圖】本題考查質(zhì)譜儀、動能定理、洛倫茲力和牛頓運動定律及其相關知識點。【解題思路】粒子在加速電場中加速，由動能定理得：qU＝mv2﹣0，粒子在磁場中做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得：qvB＝m，解得：B＝，設質(zhì)子質(zhì)量為m，質(zhì)子電荷量為e，則α粒子質(zhì)量為4m，電荷量為4e，為使質(zhì)子和α粒子在入口處從靜止開始被同一電場加速，經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場，所需要的勻強磁場的磁感應強度之比為：==，所以若換作α粒子（He）在入口處從靜止開始被同一電場加速，為使它經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應強度增加到原來的倍，選項B正確。【試題拓展】此題可以多方面拓展。若加速電場和使粒子偏轉(zhuǎn)的勻強磁場磁感應強度不變，則質(zhì)子和α粒子在磁場中做勻速圓周運動的軌跡半徑之比為多少？若質(zhì)子和α粒子以相同的速度射入勻強磁場，則質(zhì)子和α粒子經(jīng)過的加速電場電壓之比為多少？在勻強磁場中做勻速圓周運動的軌跡半徑之比為多少？若質(zhì)子和α粒子以相同的動量射入勻強磁場，則質(zhì)子和α粒子經(jīng)過的加速電場電壓之比為多少？在勻強磁場中做勻速圓周運動的軌跡半徑之比為多少？4.(2016·北京東城區(qū)模擬)如圖所示，一束質(zhì)量、速度和電荷量不全相等的離子，經(jīng)過由正交的勻強電場和勻強磁場組成的速度選擇器后，進入另一個勻強磁場中并分裂為A、B兩束，下列說法中正確的是()A.組成A束和B束的離子都帶負電B.組成A束和B束的離子質(zhì)量一定不同C.A束離子的比荷大于B束離子的比荷D.速度選擇器中的磁場方向垂直于紙面向外【參考答案】C【名師解析】由左手定則知，A、B離子均帶正電，A錯誤；兩束離子經(jīng)過同一速度選擇器后的速度相同，在偏轉(zhuǎn)磁場中，由R＝eq\f(mv,qB)可知，半徑大的離子對應的比荷小，但離子的質(zhì)量不一定相同，故選項B錯誤，C正確；速度選擇器中的磁場方向應垂直紙面向里，D錯誤。5．如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成．若靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場在中心線處的電場強度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強磁場，磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向外．一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿中心線通過靜電分析器，由P點垂直邊界進入磁分析器，最終打到膠片上的Q點．不計粒子重力．下列說法正確的是()A．粒子一定帶正電B．加速電場的電壓U＝eq\f(1,2)ERC．直徑PQ＝eq\f(2,B)eq\r(qmER)D．若一群離子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點，則該群離子具有相同的比荷【參考答案】ABD【名師解析】由左手定則可知，粒子帶正電，而粒子在MN間被加速，故A正確；根據(jù)電場力提供向心力，則有qE＝eq\f(mv2,R)，又有電場力使粒子加速運動，則有qU＝eq\f(1,2)mv2，從而解得：U＝eq\f(ER,2)，故B正確；根據(jù)洛倫茲力提供向心力，則有：qvB＝eq\f(mv2,r)，結合上式可知，PQ＝eq\f(2,B)eq\r(\f(ERm,q))，若一群離子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點說明運動的直徑相同，由于磁場，電場與靜電分析器的半徑不變，則該群離子具有相同的比荷，故C錯誤，D正確．6.(2016洛陽聯(lián)考)如圖所示為“用質(zhì)譜儀測定帶電粒子質(zhì)量”的裝置示意圖。速度選擇器中場強E的方向豎直向下，磁感應強度B1的方向垂直紙面向里，分離器中磁感應強度B2的方向垂直紙面向外。在S處有甲、乙、丙、丁四個一價正離子垂直于E和B1入射到速度選擇器中，若它們的質(zhì)量關系滿足，速度關系滿足，它們的重力均可忽略，則打在P1、P2、P3、P4四點的離子分別是SSB2P1P2P3P4B1A．甲丁乙丙 B．乙甲丙丁C．丙丁乙甲 D．丁甲丙乙【參考答案】A【名師解析】：乙丙速度相等，通過速度選擇器，進入磁場B2，由半徑公式，質(zhì)量大半徑大，P3、P4對應的離子是乙丙；甲的速度小于丁的速度，在速度選擇器中，甲的洛倫茲力小于乙的洛倫茲力，甲的電場力大于洛倫茲力而向下偏，則丁向上偏轉(zhuǎn)，選項A正確。7.如圖所示，一束帶電粒子以一定的初速度沿直線通過由相互正交的勻強磁場(磁感應強度為B)和勻強電場(電場強度為E)組成的速度選擇器，然后粒子通過平板S上的狹縫P進入另一勻強磁場(磁感應強度為B′)，最終打在A1A2上，下列表述正確的是()A.粒子帶負電B.所有打在A1A2上的粒子，在磁感應強度為B′的磁場中的運動時間都相同C.能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于eq\f(E,B)D.粒子打在A1A2的位置越靠近P，粒子的比荷eq\f(q,m)越大【參考答案】CD【名師解析】根據(jù)粒子在磁感應強度為B′的磁場中的運動軌跡可判斷粒子帶正電，A錯誤；帶電粒子在速度選擇器中做勻速直線運動，則電場力與洛倫茲力等大反向，Eq＝Bqv，可得v＝eq\f(E,B)，C正確；由洛倫茲力充當粒子做圓周運動的向心力可得r＝eq\f(mv,Bq)，則eq\f(q,m)＝eq\f(v,Br)，越靠近P，r越小，粒子的比荷越大，D正確；所有打在A1A2上的粒子在磁感應強度為B′的磁場中都只運動半個周期，周期T＝eq\f(2πm,B′q)，比荷不同，打在A1A2上的粒子在磁感應強度為B′的磁場中的運動時間不同，B錯誤。8.（2020百校聯(lián)盟模擬2）如圖所示為質(zhì)譜儀的結構原理圖帶有小孔的兩個水平極板、間有垂直極板方向的勻強電場，圓筒內(nèi)可以產(chǎn)生質(zhì)子和氚核，它們由靜止進入極板間，經(jīng)極板間的電場加速后進入下方的勻強磁場，在磁場中運動半周后打到底片上。不計質(zhì)子和氚核的重力及它們間的相互作用。則下列判斷正確的是（）A.質(zhì)子和氚核在極板、間運動的時間之比為B.質(zhì)子和氚核在磁場中運動的時間之比為C.質(zhì)子和氚核在磁場中運動的速率之比為D.質(zhì)子和氚核在磁場中運動的軌跡半徑之比為【參考答案】AD【命題意圖】本題以質(zhì)譜儀的結構原理為背景，考查帶電粒子在電場中的加速和帶電粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)等知識?！窘忸}思路】粒子在電場中做初速度為零的勻加速動，則有，得故質(zhì)子和氚核在極板間運動的時間之比，A項正確；公式得，C項錯誤；帶電粒子在磁場中做圓周運動的周期，質(zhì)子和氚核在磁場中均運動半個周期，則質(zhì)子和氚核在磁場中運動的時間之比，B項錯誤；由公式得質(zhì)子和氚核在磁場中運動的軌跡半徑之比，D項正確。9.（2020高考仿真沖刺卷）質(zhì)譜儀是一種測量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具,它的構造原理如圖,離子源A產(chǎn)生電荷量相同而質(zhì)量不同的離子束(初速度可視為零),從狹縫S1進入電場,經(jīng)電壓為U的加速電場加速后,再通過狹縫S2從小孔垂直MN射入圓形勻強磁場.該勻強磁場的磁感應強度為B,方向垂直于紙面向外,半徑為R,磁場邊界與直線MN相切在E點.離子離開磁場最終到達感光底片MN上,設離子電荷量為q,到達感光底片上的點與E點的距離為x,不計重力,可以判斷()A.離子束帶負電B.x越大,則離子的比荷一定越大C.到達x=R處的離子在勻強磁場運動時間為D.到達x=R處的離子質(zhì)量為【參考答案】.CD【名師解析】帶電粒子在加速電場中做勻加速直線運動,設加速后的速度大小為v,根據(jù)動能定理有qU=mv2-0,解得v=,然后勻速運動到E點進入有界磁場中,其運動軌跡如圖所示:粒子從E點進入有界磁場中做勻速圓周運動,再沿直線做勻速直線運動到N點,由左手定則可判斷,粒子帶正電,故A錯誤;由qvB=m,則r=,x越大則r越大,則比荷越小,故B錯誤;在△ENO中tanθ=,當x=R時,解得θ=60°,設帶電粒子運動的軌跡圓的半徑為r,根據(jù)數(shù)學知識有r=R,解得m=,由t=T=×,由幾何關系知圓弧圓心角α=120°,聯(lián)立可得t=,故C,D正確.10．（2020高考信息卷）如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成。若靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場在中心線處的電場強度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向外。一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿中心線通過靜電分析器，由P點垂直邊界進入磁分析器，最終打到膠片上的Q點，不計粒子重力，下列說法中正確的是A．加速電場的電壓U＝ERB．極板M比極板N電勢低C．直徑PQ＝D．若一群粒子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點，則該群粒子具有相同的比荷【參考答案】D【名師解析】在加速電場中，由動能定理得Uq＝eq\f(1,2)mv2－0，粒子在靜電分析器中做圓周運動，電場力提供向心力，由牛頓第二定律得qE＝meq\f(v2,R)，解得U＝eq\f(1,2)ER，故A錯誤；因為粒子在磁場中從P點運動到Q點，因此由左手定則可知粒子帶正電；在加速電場中受到的電場力向右，所以電場線方向向右，則M板為正極，M板的電勢高于N板電勢，故B錯誤；粒子在磁分析器中做圓周運動，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得qvB＝meq\f(v2,r)，解得，P、Q兩點間的距離，若一群離子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點，則粒子做圓周運動的直徑相等，根據(jù)PQ的表達式可知，粒子的比荷相等，故C錯誤，D正確。11.分離同位素時，為提高分辨率，通常在質(zhì)譜儀內(nèi)的磁場前加一扇形電場。扇形電場由彼此平行、帶等量異號電荷的兩圓弧形金屬板形成，其間電場沿半徑方向。被電離后帶相同電荷量的同種元素的同位素離子，從狹縫沿同一方向垂直電場線進入靜電分析器，經(jīng)過兩板間靜電場后會分成幾束，不考慮重力及離子間的相互作用，則()A．垂直電場線射出的離子速度的值相同B．垂直電場線射出的離子動量的值相同C．偏向正極板的離子離開電場時的動能比進入電場時的動能大D．偏向負極板的離子離開電場時動量的值比進入電場時動量的值大【參考答案】D【名師解析】垂直電場線射出的離子，在電場中做勻速圓周運動，根據(jù)牛頓第二定律有Eq＝meq\f(v2,r)，解得eq\f(1,2)Eqr＝eq\f(1,2)mv2，同位素的質(zhì)量不同，所以垂直電場線射出的離子動能的值相同，速度不同，動量不同，A、B錯誤；偏向正極板的離子離開電場時克服電場力做功，動能比進入電場時的小，C錯誤；偏向負極板的離子離開電場時，過程中電場力做正功，速度增大，動量增大，故比進入電場時動量的值大，D正確。12、(2018·江西五校聯(lián)考)(多選)如圖所示，含有eq\o\al(1,1)H(氕核)、eq\o\al(2,1)H(氘核)、eq\o\al(4,2)He(氦核)的帶電粒子束從小孔O1處射入速度選擇器，沿直線O1O2運動的粒子在小孔O2處射出后垂直進入偏轉(zhuǎn)磁場，最終打在P1、P2兩點．則()A．打在P1點的粒子是eq\o\al(4,2)HeB．打在P2點的粒子是eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(4,2)HeC．O2P2的長度是O2P1長度的2倍D．粒子在偏轉(zhuǎn)磁場中運動的時間都相等【參考答案】BC【名師解析】帶電粒子在沿直線通過速度選擇器時，電場力與洛倫茲力大小相等方向相反，即：qvB＝qE，所以v＝eq\f(E,B)，可知從粒子速度選擇器中射出的粒子具有相等的速度．帶電粒子在磁場中做勻速直線運動，洛倫茲力提供向心力，所以：qvB＝eq\f(mv2,r)，所以：r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(m,q)·eq\f(v,B)，可知粒子的比荷越大，則運動的半徑越小，所以打在P1點的粒子是eq\o\al(1,1)H，打在P2點的粒子是eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(4,2)He.故A錯誤，B正確；由題中的數(shù)據(jù)可得，eq\o\al(1,1)H的比荷是eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(4,2)He的比荷的2倍，所以eq\o\al(1,1)H的軌道的半徑是eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(4,2)He的半徑的eq\f(1,2)倍，即O2P2的長度是O2P1長度的2倍，故C正確；粒子運動的周期：T＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2πm,qB)，三種粒子的比荷不相同，所以粒子在偏轉(zhuǎn)磁場中運動的時間不相等．故D錯誤．13.現(xiàn)有一種質(zhì)譜儀如圖所示,離子化室存在一些初速度為零的正離子。正離子經(jīng)高壓電源加速,加速后通過圓形磁場室(內(nèi)為勻強磁場)、真空管,最后打在記錄儀上,通過處理就可以得到正離子比荷(),進而推測有機物的分子結構。已知高壓電源的電壓為U,圓形磁場室的半徑為R,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。則下列說法正確的是()A.高壓電源A端應接電源的正極B.磁場室的磁場方向必須垂直紙面向里C.兩種一價正離子X1,X2(X1質(zhì)量大于X2)同時進入磁場室后,出現(xiàn)圖中的軌跡Ⅰ和Ⅱ,則軌跡I一定對應X2D.若磁場室內(nèi)的磁感應強度大小為B,當記錄儀接收到一個明顯的信號時,與該信號對應的離子比荷為=【參考答案】C【名師解析】離子帶正電,經(jīng)過高壓電源區(qū)前的速度為零,那么,要使離子通過高壓電源區(qū),場強方向由B指向A,故高壓電源A端應接電源的負極,故A錯誤;要使離子在磁場區(qū)域發(fā)生如題圖所示偏轉(zhuǎn),那么,磁場方向應垂直紙面,離子進行順時針圓周運動,故由左手定則可得,磁場方向垂直紙面向外,故B錯誤;離子經(jīng)過高壓電源區(qū)只受電場力作用,故由動能定理可得qU=mv2,所以有v=,離子在磁場中只受洛倫茲力作用,故離子做勻速圓周運動,洛倫茲力提供向心力,故有Bvq=m,所以軌道半徑r==,同位素的電荷量相同,故質(zhì)量越大,軌道半徑越大,由題圖可得軌跡Ⅱ?qū)能壍腊霃捷^大,故軌跡I一定對應X2,故C正確;由題圖根據(jù)幾何關系可得tan=,與該信號對應的離子比荷==,故D錯誤。14.(2016·全國卷Ⅰ·15)現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖3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)后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應強度增加到原來的12倍．此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為()A．11B．12C．121D．144【參考答案】D【名師解析】由qU＝eq\f(1,2)mv2得帶電粒子進入磁場的速度為v＝eq\r(\f(2qU,m))，結合帶電粒子在磁場中運動的軌跡半徑R＝eq\f(mv,Bq)，聯(lián)立得到R＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))，由題意可知，該離子與質(zhì)子在磁場中具有相同的軌道半徑和電荷量，故離子和質(zhì)子的質(zhì)量之比eq\f(m離子,m質(zhì)子)＝144，故選D.15．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)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為B和平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片平板S下方有強度為的勻強磁場。下列表述不正確的是（）A.質(zhì)譜儀是分析同位素的