專題9-10-質譜儀-高考物理100考點模擬題千題精練(原卷版)

100考點最新模擬題千題精練9-10一．選擇題1．（2018甘肅河西五市部分高中一模）如圖所示，若干個動量相同的帶電粒子，先后沿直線通過由相互正交磁感應強度為B1的勻強磁場和電場強度為E的勻強電場組成的速度選擇器，這些粒子通過平板MN上的狹縫P進入另一磁感應強度為B2的勻強磁場，最終落在平板MN上的A1～A3處，下列判斷正確的是（）A．磁感應強度為B1的磁場方向垂直紙面向外B．能通過狹縫P的帶電粒子的速度大小等于C．所有打在MN上的粒子，在磁感應強度為B2的磁場中的運動時間都相同D．打在MN上的粒子位置離P越遠，粒子的電荷量q越小2.（2018高考考試大綱調研卷）如圖所示為測定同位素組成的裝置圖（也稱為質譜儀）。質量數分別為m1=40和m2=42的鈣離子先在電場中無初速度地加速，接著進入垂直于離子運動方向的勻強磁場中。在實驗過程中由于儀器不完善，加速電壓在平均值U附近變化±△U，這就要求△U/U（比值稱之為相對精確度）在滿足一定條件下維持加速電壓值，才能使兩種鈣的同位素離子束在照相底片上恰好不發(fā)生覆蓋，則△U/U的值為A．0.020B．0.022C．0.024D．0.0263.質譜儀是用來分析同位素的裝置，如圖為質譜儀的示意圖，其由豎直放置的速度選擇器、偏轉磁場構成。由三種不同粒子組成的粒子束以某速度沿豎直向下的方向射入速度選擇器，該粒子束沿直線穿過底板上的小孔O進入偏轉磁場，最終三種粒子分別打在底板MN上的P1、P2、P3三點，已知底板MN上下兩側的勻強磁場方向均垂直紙面向外，且磁感應強度的大小分別為B1、B2，速度選擇器中勻強電場的電場強度的大小為E。不計粒子的重力以及它們之間的相互作用，則()A．速度選擇器中的電場方向向右，且三種粒子均帶正電B．三種粒子的速度大小均為eq\f(E,B2)C．如果三種粒子的電荷量相等，則打在P3點的粒子質量最大D．如果三種粒子電荷量均為q，且P1、P3的間距為Δx，則打在P1、P3兩點的粒子質量差為eq\f(qB1B2Δx,E)4.（2016高考全國理綜乙）現代質譜儀可用來分析比質子重很多的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質子在入口處從靜止開始被加速電場加速，經勻強磁場偏轉后從出口離開磁場。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，為使它經勻強磁場偏轉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。此離子和質子的質量比約為A.11B.12C.121D.1445．（2016濟南模擬）質譜儀是一種測定帶電粒子質量和分析同位素的重要工具，它的構造原理如圖所示。粒子源S發(fā)出兩種帶正電的同位素粒子甲和乙，兩種粒子從S出來時速度很小，可忽略不計，粒子經過加速電場加速后垂直進入有界勻強磁場(圖中線框所示)，最終打到照相底片上。測得甲、乙兩種粒子打在照相底片上的點到入口的距離之比為5︰4，則它們在磁場中運動的時間之比是A．5︰4B．4︰5C．25︰16D．16︰256.(2016·北京東城區(qū)模擬)如圖所示，一束質量、速度和電荷量不全相等的離子，經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7.(2016洛陽聯(lián)考)如圖所示為“用質譜儀測定帶電粒子質量”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A．甲丁乙丙 B．乙甲丙丁C．丙丁乙甲 D．丁甲丙乙8.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9．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。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，粒子的荷質比越小10．某種質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，則該原子核的質量m為D.現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11．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，粒子的比荷越大二．計算題1.(10分）（2018浙江名校協(xié)作體聯(lián)考）如圖所示，O’PQ是關于y軸對稱的四分之一圓，在PQMN區(qū)域有均勻輻向電場，PQ與MN間的電壓為U。PQ上均勻分布帶正電的粒子，可均勻持續(xù)地以初速度為零發(fā)射出來，任一位置上的粒子經電場加速后都會從O’進入半徑為R、中心位于坐標原點O的圓形勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直xoy平面向外，大小為B,其中沿+y軸方向射入的粒子經磁場偏轉后恰能沿+x軸方向射出。在磁場區(qū)域右側有一對平行于x軸且到x軸距離都為R的金屬平行板A和K,金屬板長均為4R,其中K板接地，A與K兩板間加有電壓UAK>0,忽略極板電場的邊緣效應。己知金屬平行板左端連線與磁場圓相切，O’在y軸（0,-R）上。（不考慮粒子之間的相互作用力）（1）求帶電粒子的比荷q/m；（2）求帶電粒子進入右側電場時的縱坐標范圍；（3）若電壓UAK=，求到達K板的粒子數與進入平行板總粒子數的比值。2.一臺質譜儀的工作原理如圖所示，電荷量均為＋q、質量不同的離子飄入電壓為U0的加速電場，其初速度幾乎為零。這些離子經加速后通過狹縫O沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場，最后打在底片上。已知放置底片的區(qū)域MN＝L，且OM＝L。某次測量發(fā)現MN中左側eq\f(2,3)區(qū)域MQ損壞，檢測不到離子，但右側eq\f(1,3)區(qū)域QN仍能正常檢測到離子。在適當調節(jié)加速電壓后，原本打在MQ的離子即可在QN檢測到。(1)求原本打在MN中點P的離子質量m；(2)為使原本打在P的離子能打在QN區(qū)域，求加速電壓U的調節(jié)范圍；3．帶電粒子從容器A下方的狹縫S1飄入（初速度為零）電壓為U的加速電場區(qū)，加速后再通過狹縫S2后再從狹縫S3垂直于磁場邊界射入偏轉磁場，該偏轉磁場是一個以直線MN為上邊界、方向垂直紙面向里的勻強磁場，磁場的磁感應強度為B，離子經偏轉磁場后最終到達照相底片D上，不考慮離子間的相互作用。（1）若離子的電荷量為q，它最終打在照相底片D上的位置到狹縫S2的距離為d，求粒子的質量m；（2）若容器A中有大量如（1）中所述的離子，它們經過電場加速后由狹縫S3垂直進入磁場時，可認為速度大小相等，但速度方向并不都嚴格垂直于邊界，其中偏離垂直于MN方向的最大偏角為θ，則照相底片D上得到的譜線的寬度為多少？（3）若容器A中有電荷量相等的銅63和銅65兩種離子，它們經電場加速后垂直于MN進入磁場中會發(fā)生分離，但實際工作時加速電壓的大小會在范圍內微小變化，為使這兩種離子將來打在照相底片上的區(qū)域不發(fā)生交疊，應小于多少？（結果用百分數表示，保留兩位有效數字）；4.(2016·天津聯(lián)考)有一種“雙聚焦分析器”質譜儀，工作原理如題18-4圖所示。其中加速電場的電壓為U，靜電分析器中有會聚電場，即與圓心O1等距的各點電場強度大小相同，方向沿徑向指向圓心O1。磁分析器中以O2為圓心、圓心角為90o的扇形區(qū)域內，分布著方向垂直于紙面的勻強磁場，其左邊界與靜電分析器的右邊界平行。由離子源發(fā)出一個質量為m、電荷量為q的正離子(初速度為零，重力不計)，經加速電場加速后，從M點沿垂直于該點的場強方向進入靜電分析器，在靜電分析器中，離子沿半徑為R的四分之一圓弧軌道做勻速圓周運動，并從N點射出靜電分析器。而后離子由P點垂直于磁分析器的左邊界且垂直于磁場方向射入磁分析器中，最后離子垂直于磁分析器下邊界從Q點射出，并進入收集器。測量出Q點與圓心O2的距離為d。位于Q點正下方的收集器入口離Q點的距離為0.5d。(題中的U、m、q、R、d都為已知量)(1)求靜電分析器中離子運動軌跡處電場強度E的大??；(2)求磁分析器中磁場的磁感應強度B的大小和方向；(3)現將離子換成質量為4m，電荷量仍為q的另一種正離子，其它條件不變。磁分析器空間足夠大，離子不會從圓弧邊界射出，收集器的位置可以沿水平方向左右移動，要使此時射出磁分析器的離子仍能進入收集器，求收集器水平移動的距離。5.(2012·天津)對鈾235的進一步研究在核能開發(fā)和利用中具有重要意義。如題18-1圖所示，質量為m、電荷量為q的鈾235離子，從容器下方的小孔S1不斷飄入加速電場，其初速度可視為零，然后經過小孔S2垂直于磁場方向進入磁感應強度為B的勻強磁場中，做半徑為R的勻速圓周運動。離子行進半個圓周后離開磁場并被收集，離開磁場時離子束的等效電流為I。不考慮離子重力及離子間的相互作用。（1）求加速電場的電壓U；（2）求出在離子被收集過程中任意時間t內收集到離子的質量M；（3）實際上加速電壓大小會在U△U范圍內微小變化。若容器A中有電荷量相同的鈾235和鈾238兩種離子，如前述情況它們經電場加速后進入磁場中會發(fā)生分離，為使者兩種離子在磁場中運動的軌跡不發(fā)生交疊，應小于多少？（結果用百分數表示，保留兩位有效數字）。6.（2010·天津）質譜分析技術已廣泛應用于各前沿科學領域。湯姆孫發(fā)現電子的質譜裝置示意如題18-2圖，M、N為兩塊水平放置的平行金屬極板，板長為L，板右端到屏的距離為D，且D遠大于L，O’O為垂直于屏的中心軸線，不計離子重力和離子在板間偏離O’O的距離。以屏中心O為原點建立xOy直角坐標系，其中x軸沿水平方向，y軸沿豎直方向。（1）設一個質量為m0、電荷量為q0的正離子以速度v0沿O’O的方向從O’點射入，板間不加電場和磁場時，離子打在屏上O點。若在兩極板間加一沿+y方向場強為E的勻強電場，求離子射到屏上時偏離O點的距離y0。（2）假設你利用該裝置探究未知離子，試依照以下實驗結果計算未知離子的質量數。上述裝置中，保留原電場，再在板間加沿-y方向的勻強磁場。現有電荷量相同的兩種正離子組成的離子流，仍從O’點沿O’O方向射入，屏上出現兩條亮線。在兩線上取y坐標相同的兩個光點，對應的x坐標分別為3.24mm和3.00mm，其中x坐標大的光點是碳12離子擊中屏產生的，另一光點是未知離子產生的。盡管入射離子速度不完全相同，但入射速度都很大，且在板間運動時O’O方向的分速度總是遠大于x方向和y方向的分速度。7.(2011·北京)利用電場和磁場，可以將比荷不同的離子分開，這種方法在化學分析和原子核技術等領域有重要的應用。如題18-3圖所示的矩形區(qū)域ACDG（AC邊足夠長）中存在垂直于紙面的勻強磁場，A處有一狹縫。離子源產生的離子，經靜電場加速后穿過狹縫沿垂直于GA邊且垂于磁場的方向射入磁場，運動到GA邊，被相應的收集器收集，整個裝置內部為真空。已知被加速度的兩種正離子的質量分別是m1和m2（m1>m2），電荷量均為。加速電場的電勢差為U，離子進入電場時的初速度可以忽略，不計重力，也不考慮離子間的相互作用。（1）求質量為的離子進入磁場時的速率v1；（2）當感應強度的大小為B時，求兩種離子在GA邊落點的間距s；（3）在前面的討論中忽略了狹縫寬度的影響，實際裝置中狹縫具有一定寬度。若狹縫過寬，可能使兩