磁场中的带电粒子综合应用.doc
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1、 磁场中的带电粒子综合应用1如图所示,在屏MN的上方有磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里P为屏上的一个小孔PC与MN垂直一群质量为m、带电荷量为q的粒子(不计重力),以相同的速率v,从P处沿垂直于磁场的方向射入磁场区域粒子入射方向在与磁场B垂直的平面内,且散开在与PC夹角为的范围内则在屏MN上被粒子打中的区域的长度为 ( D ) A. B. C. D. 2回旋加速器是用来加速带电粒子的装置,如图所示它的核心部分是两个D形金属盒,两盒相距很近,分别和高频交流电源相连接,两盒间的窄缝中形成匀强电场,使带电粒子每次通过窄缝都得到加速两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,带电粒子在磁
2、场中做圆周运动,通过两盒间的窄缝时反复被加速,直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出如果用同一回旋加速器分别加速氚核(13H)和粒子(24He),比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小,有 ( B )A加速氚核的交流电源的周期较大,氚核获得的最大动能也较大 B加速氚核的交流电源的周期较大,氚核获得的最大动能较小C加速氚核的交流电源的周期较小,氚核获得的最大动能也较小D加速氚核的交流电源的周期较小,氚核获得的最大动能较大3劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器,工作原理示意图如图所示置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可忽略磁感应强度为B的匀强磁场与盒
3、面垂直,高频交流电频率为f,加速电压为U.若A处粒子源产生的质子质量为m、电荷量为q,在加速器中被加速,且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响则下列说法正确的是( AC )A质子被加速后的最大速度不可能超过2RfB质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比C质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为1D不改变磁感应强度B和交流电频率f,该回旋加速器的最大动能不变4物体导电是由其中的自由电荷定向移动引起的,这些可以移动的自由电荷又叫载流子。金属导体的载流子是自由电子,现代广泛应用的半导体材料分为两大类:一类是N型半导体,它的载流子为电子;另一类是P型半导体,它的载流子为“空穴”
4、,相当于带正电的粒子。如果把某种材料制成的长方体放在匀强磁场中,磁场方向如图所示,且与前后侧面垂直,长方体中通有方向水平向右的电流,设长方体的上下表面M,N的电势分别为M和N,则下列判断中正确的是( C )A如果是P型半导体,有MN B如果是N型半导体,有MNC如果是P型半导体,有MN D如果是金属导体,有MN5如图是质谱仪工作原理的示意图带电粒子a、b经电压U加速(在A点初速度为零)后,进入磁感应强度为B的匀强磁场做匀速圆周运动,最后分别打在感光板S上的x1、x2处图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径,则(D)Aa与b质量相同,打在感光板上时,b的速度比a大Ba与b有相同的质量
5、,但a的电量比b的电量小Ca与b有相同的电量,但a的质量比b的质量大Da与b有相同的电量,但a的质量比b的质量小6如图所示,绝缘的中空轨道竖直固定,圆弧段COD光滑,对应的圆心角为120o,C、D两端等高,O为最低点,圆弧的圆心为O,半径为R;直线段AC、HD粗糙且足够长,与圆弧段分别在C、D端相切。整个装置处于方向垂直于轨道所在的平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,在竖直虚线MC左侧和竖直虚线ND右侧还分别存在着电场强度大小相等、方向水平向右和水平 向左的匀强电场。现有一质量为m、电荷量恒为q直径略小于轨道内径、可视为质点的带正点小球,从轨道内距C点足够远的P点由静止释放。若小球所受的
6、电场力等于其重力的倍,小球与直线段AC、HD间的动摩擦因数均为,重力加速度为g,则( AD )A小球在第一次沿轨道AC下滑的过程中,最大加速度B小球在第一次沿轨道AC下滑的过程中,最大速度C小球进入DH轨道后,上升的最高点与A点等高D小球经过O点时,对轨道的弹力可能为2mg 【解析】试题分析:小球第一次沿轨道AC下滑的过程中,由题意可知,电场力与重力的合力方向恰好沿着斜面AC,则刚开始小球与管壁无作用力,当从静止运动后,由左手定则可知,洛伦兹力导致球对管壁有作用力,从而导致滑动摩擦力增大,而重力与电场力的合力大小为:,即大小恒定,根据牛顿第二定律可知,做加速度减小的加速运动,因将下滑时,加速度
7、最大,即为;故A正确;当小球的摩擦力与重力及电场力的合力相等时,洛伦兹力大小等于弹力,小球做匀速直线运动,小球的速度达到最大,即为qvB=N,而N=f,且,因此解得:,故B错误;根据动能定理,可知,取从静止开始到进入DH轨道后,因存在摩擦力做功,导致上升的最高点低于A点等高,故C错误;对小球在O点受力分析,且由C向D运动,由牛顿第二定律,则有: ;由C到O点,机械能守恒定律,则有:mgRsin30=mv2;由上综合而得:对轨道的弹力为2mg-qB,当小球由D向C运动时,则对轨道的弹力为2mg+qB,故D正确;故选:AD7如图所示,在直角坐标系的第一、二象限内有垂直于纸面的匀强磁场,第三象限有沿
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