2013高三物理模拟金题高频考点详解特训 专题31 质谱仪、加速器

2013高三物理模拟金题高频考点详解特训 专题31 质谱仪、加速器内容摘要：

1、、加速器1（2013 天津滨海五校联考）速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，带电粒子的速率等于0子打在胶片上的位置越靠近狭缝 ，粒子的比荷越小02013 年江西百校联考） 图甲是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个“D”形金属盒，在加速带电粒子时，两金属 盒置于匀强磁场中，k 随时间 t 的 变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列说法中正确的是t 3= t3t 2= t2t tnt 以增大“D”、 “D”形盒半径尺、粒子的质量 m 及其电荷量 q 不变的情况下，粒子的加 速次数越多，粒子的最大动能一定越大3 （2013 浙江重点中学协作体高三摸底）如图 2、所示，有一金属块放在垂直于表面 C 的匀强磁场中，磁感应强度 B，金属块的厚度为 d，高为 h，当有稳恒电流 I 平行平面 C 的方向通过时，由于磁场力的作用，金属块中单位体积内参与导电的自由电子数目为（上下两面 M、N 上的电压分别为 N）A B2C D解析：设金属块中单位体积内参与导电的自由电子数目为 n，稳恒电流 I 可表示为 I=dh；h=U 联立解得 n= ，。 4. （2013 武汉摸底）图甲是回旋加速器的工作原理图。 两个中空的半圆金属盒，它们之间有一定的电势差，A 处的粒子源产生的带电粒子，在两盒之间被电场加速。 两半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，所以粒子在半圆盒中做匀速圆周运动 3、。 若带电粒子在磁场中运动的动能 时间 t 的变化规律如图乙所示，不计带电粒子在电场中的加速时间，不考虑由相对论效应带来的影响，下列判断正确的是A 在 中应该有 - 中应该有 - N B如果是 N 型半导体，有 项 B 错误；如果是金属导体，导电定向移动的是自由电子，由左手定则可知，电子向下表面 N 偏转，有 MN,选项 D 错误。 10（2013 江苏阜宁中学月考）利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域。 如图是霍尔元件的工作原理示意图,磁感应强度 B 垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流 I， C、D 两侧面会形成电势差列说法中正确的是电势差 与材料有关B若霍尔元件 4、的载流子是自由电子，则电势差 C仅增大磁感应强度时,电势差 大D在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,元件的工作面应保持水平11. （2013 吉林市期末质检）如图所示，一块矩形截面金属导体 电源连接，处于垂直于金属平面的匀强磁场中，当接通电源、有电流流过金属导体时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差，这种现象被称为霍尔效应。 利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元件，它是一种重要的磁传感器，广泛运用于各种自动控制系统中。 关于这一物理现象下列说法中正确的是A导体受向左的安培力作用B导体内部定向移动的自由电子受向右的洛仑兹力作用C在导体的 ab、侧存在电势差，且 势低于 势D在导体的 ab、侧 5、存在电势差，且 势高于 势答案：体受向右的安培力作用，选项 A 错误；导体内部定向移动的自由电子受向右的洛仑兹力作用，在导体的 ab、侧存在电势差，且 势高于势，选项 确 C 错误；12.（2013 四川省宜宾市一诊）质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位，它的构造原理如图所示。 从粒子源 S 处放出的速度大小不计、质量为 m、电荷量为 q 的正离子，经电势差为 U 的加速电场加速后，垂直进入一个磁感应强度为 B 的匀强磁场后到达记录它的照相底片 P 上。 试问：（1）若测得离子束流的电流为 I，则在离子从 进入磁场到达 P 的时间内，射到照相底片 P 上的离子的数目为多少。 （2）若测得离子到达 6、P 上的位置到入口处 距离为 a，且已知q、U、B ，则离子的质量 m 为多少。 （3）假如离子源能放出氕（ H） 、氘（ H） 、氚（ H）三种离子，质谱仪12131能够将它们分开吗。 解析：（1）离子经加速电场加速后，离子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律有：m ， 2=2r/v ， 离子从 进入磁场到达 P 的所用时间为：t=T/2，（2013 江苏省苏州市调研）如图所示为一种获得高能粒子的装置环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调的均匀磁场质量为 m、电荷量为+q 的粒子可在环中做半径为 R 的圆周运动。 A、B 为两块中心开有小孔的距离很近的极板，原来电势为零，每当带电粒子经过 A 7、板时，A 板电势升高为+U ，B 板电势仍保持为零，粒子在两板间电场中得到加速。 每当粒子离开 B 板时，A 板电势又降为零。 粒子在电场中一次次加速下动能不断增大，而绕行半径 R 不变 （设极板间距远小于 R）（1）设 t=0 时，粒子静止 A 板小孔处，经电场加速后，离开 B 板在环形磁场中绕行，求粒子绕行第 1 圈时的速度 1。 求粒子绕行 n 圈回到 M 板时的速度大小 2）为使粒子始终保持在半径为 R 的圆轨道上运动，磁场必须周期性递增，。 （3）在粒子绕行的整个过程中，A 板电势是否可以始终保持为 +U。 为什么。 14（16 分） （2013 江苏四校联考）显像管的简要工作原理如图所示：阴 8、极 K 发出的电子（初速度可忽略不计）经电压为 U 的高压加速电场加速后，沿直线入半径为 r 的圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面，圆形磁场区域的圆心 O 在 线上，荧光屏 M 与 直，整个装置处于真空中若圆形磁场区域内的磁感应强度的大小或方向发生变化，都将使电子束产生不同的偏转，电子束便可打在荧光屏 M 的不同位置上，使荧光屏发光而形成图象，其中 Q 点为荧光屏的中心已知电子的电量为 e，质量为 m，不计电子重力（1）求电子射出加速电场时的速度大小；（2）若圆形区域的磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为 B，求电子离开磁场时的偏转角（即出射方向与入射方向所夹的锐角） 的大小（3）若阴极在发 9、出电子的同时还发出一定量的 离子，2 离子打在荧光屏上，屏上将出现暗斑，称为离子斑请根据下面所给出的数据，通过计算说明这样的离子斑将主要集中在荧光屏上的哪一部位 （电子的质量 m=0O 42 离子的质量 m=0 计 离子所受的重力及与电子之间的相互作用）（3）2 离子离开磁场时的偏转角满足 满足2 分以有 2 离子的偏转角远小于电子的偏转角，所以，观看到的离子斑将主要集中在荧光屏上的中央位置附近。 15.（20 分） （2013 浙江省六校联考）有一种“双聚焦分析器”质谱仪，工作原理如图所示。 加速电场的电压为 U，静电分析器中有会聚电场，即与圆心 向沿径向指向圆心 磁分析器中以 心角为 90的扇 10、形区域内，分布着方向垂直于纸面向外的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行。 由离子源发出一个质量为 m、电荷量为 q 的正离子（初速度为零，重力不计） ，经加速电场加速后，从 M 点沿垂直于该点的电场方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿半径为 R 的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动，并从 N 点射出静电分析器。 而后离子由 P 点沿着既垂直于磁分析器的左边界，又垂直于磁场方向射入磁分析器中，最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从 Q 点射出，并进入收集器。 测量出 Q 点与圆心 d，位于 Q 点正下方的收集器入口离 Q 点的距离为 d/2。 （题中的 U、m、q、R、d 都为已知量）（1）求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度 E 的大小；（2）求磁分析器中磁感应强度 B 的大小；（3）现将离子换成质量为 4m ,电荷量仍为 q 的另一种正离子，其它条件不变。 磁分析器空间足够大，离子不会从圆弧边界射出，收集器的位置可以沿水平方向左右移动，要使此时射出磁分析器的离子仍能进入收集器，求收集器水平移动的距离。