題組一 電場(chǎng)與磁場(chǎng)組合的應(yīng)用實(shí)例
1.(2023廣東卷)某小型醫(yī)用回旋加速器最大回旋半徑為0.5 m,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為1.12 T,質(zhì)子加速后獲得的最大動(dòng)能為1.5×107 eV。根據(jù)給出的數(shù)據(jù),可計(jì)算質(zhì)子經(jīng)該回旋加速器加速后的最大速率約為(忽略相對(duì)論效應(yīng),1 eV=1.6×10-19 J)( )
A.3.6×106 m/sB.1.2×107 m/s
C.5.4×107 m/sD.2.4×108 m/s
2.(多選)質(zhì)譜儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示,容器A中有質(zhì)量分別為m1、m2,電荷量相同的兩種粒子(不計(jì)重力),它們從容器A下方的小孔S1不斷飄入電壓為U的加速電場(chǎng)(初速度視為零),沿直線(xiàn)S1S2(S2為小孔)與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),最后打在水平放置的照相底片上。由于實(shí)際加速電壓的大小在U±ΔU范圍內(nèi)微小變化,這兩種粒子在底片上可能發(fā)生重疊。下列說(shuō)法正確的是( )
A.兩種粒子均帶正電
B.打在M處的粒子質(zhì)量較大
C.若U一定,ΔU越大越容易發(fā)生重疊
D.若ΔU一定,U越大越容易發(fā)生重疊
3.(2024廣東河源高三開(kāi)學(xué)考試)物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了世界上第一臺(tái)回旋加速器,因此獲得1939年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。回旋加速器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示,兩個(gè)正對(duì)著的D形金屬盒處在垂直底面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,兩個(gè)D形盒之間的狹縫連接高壓交流電源,整個(gè)裝置處在真空環(huán)境中,實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電粒子的加速,且加速過(guò)程中忽略相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響。下列說(shuō)法正確的是( )
A.帶電粒子加速獲得的能量來(lái)自磁場(chǎng)
B.隨著帶電粒子的加速,帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期將減小
C.僅增大D形盒的半徑,帶電粒子加速所獲得的最大動(dòng)能增大
D.加速質(zhì)子H)的交流電源,也可以用來(lái)加速氘H)原子核
題組二 電場(chǎng)與磁場(chǎng)疊加的應(yīng)用實(shí)例
4.如圖所示,平行金屬板之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng),將一束含有大量正、負(fù)帶電粒子的等離子體,沿圖中所示方向噴入磁場(chǎng)。圖中虛線(xiàn)框部分相當(dāng)于發(fā)電機(jī)。把兩個(gè)極板與用電器相連,則下列說(shuō)法不正確的是( )
A.用電器中的電流方向從A到B
B.若只增大帶電粒子電荷量,發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)增大
C.若只增強(qiáng)磁場(chǎng),發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)增大
D.若只增大噴入粒子的速度,發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)增大
5.(2024廣東深圳模擬)我國(guó)科研人員采用全新發(fā)電方式——“爆炸發(fā)電”,以滿(mǎn)足高耗能武器的連續(xù)發(fā)射需求。其原理如圖所示,爆炸將惰性氣體轉(zhuǎn)化為高速等離子體,射入磁流體動(dòng)力學(xué)發(fā)生器,發(fā)生器的前、后有兩強(qiáng)磁極N和S,使得上、下兩金屬電極之間產(chǎn)生足夠高的電壓。下列說(shuō)法正確的是( )
A.上金屬電極電勢(shì)比下金屬電極電勢(shì)低
B.僅使L增大,兩金屬電極間的電動(dòng)勢(shì)會(huì)變大
C.僅使d增大,兩金屬電極間的電動(dòng)勢(shì)會(huì)變大
D.僅使b增大,兩金屬電極間的電動(dòng)勢(shì)會(huì)變大
6.(2023四川成都模擬)當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)導(dǎo)體時(shí),載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn),垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一附加電場(chǎng),從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差(也稱(chēng)霍爾電勢(shì)差),這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)?，F(xiàn)有一金屬導(dǎo)體霍爾元件連在如圖所示電路中,電源內(nèi)阻不計(jì),電動(dòng)勢(shì)恒定,霍爾電勢(shì)差穩(wěn)定后,則下列說(shuō)法正確的是( )
A.若元件的厚度增加,a、b兩端電勢(shì)差減小
B.a端電勢(shì)低于b端電勢(shì)
C.若要測(cè)量赤道附近的地磁場(chǎng),工作面應(yīng)保持豎直
D.霍爾電勢(shì)差的大小只由單位體積內(nèi)電子數(shù)目和電子的熱運(yùn)動(dòng)速率決定
7.(2024貴州貴陽(yáng)模擬)如圖所示,M為粒子加速器;N為速度選擇器,兩平行導(dǎo)體板之間有方向相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,從S點(diǎn)釋放一初速度為0、質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子,經(jīng)M加速后恰能以速度v沿直線(xiàn)(圖中平行于導(dǎo)體板的虛線(xiàn))通過(guò)N。不計(jì)粒子重力。
(1)求粒子加速器M的加速電壓U。
(2)求速度選擇器N兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小和方向。
(3)仍從S點(diǎn)釋放另一初速度為0、質(zhì)量為m、電荷量為2q的帶正電粒子,離開(kāi)N時(shí)粒子偏離圖中虛線(xiàn)的距離為d,求該粒子離開(kāi)N時(shí)的動(dòng)能Ek。
綜合提升練
8.(2023廣東深圳調(diào)研)反亥姆霍茲線(xiàn)圈是冷原子實(shí)驗(yàn)室中的科研裝置,結(jié)構(gòu)如圖所示。一對(duì)完全相同的圓形線(xiàn)圈,共軸放置。已知O為裝置中心點(diǎn),a、b、c、d點(diǎn)到O點(diǎn)距離相等,直線(xiàn)dOb與線(xiàn)圈軸線(xiàn)重合,直線(xiàn)cOa與軸線(xiàn)垂直?，F(xiàn)兩線(xiàn)圈內(nèi)通入大小相等且方向相反的電流,則( )
A.兩線(xiàn)圈間為勻強(qiáng)磁場(chǎng)
B.O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零
C.a、c兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同
D.b、d兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同
9.CT掃描是計(jì)算機(jī)X射線(xiàn)斷層掃描技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng),圖中的CT掃描機(jī)可用于對(duì)多種病情的探測(cè)。圖甲是某種CT機(jī)主要部分的剖面圖,其中X射線(xiàn)產(chǎn)生部分的示意圖如圖乙所示。圖乙中M、N之間有一電子束的加速電場(chǎng),虛線(xiàn)框內(nèi)有勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng),經(jīng)調(diào)節(jié)后電子束從靜止開(kāi)始沿帶箭頭的實(shí)線(xiàn)所示的方向前進(jìn),打到靶上,產(chǎn)生X射線(xiàn)(如圖中帶箭頭的虛線(xiàn)所示),將電子束打到靶上的點(diǎn)記為P點(diǎn)。則( )
甲
乙
A.M接加速電壓的正極
B.偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向垂直于紙面向外
C.僅減小M、N之間的加速電壓,可使P點(diǎn)左移
D.僅增大偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,可使P點(diǎn)右移
參考答案
第5講 專(zhuān)題提升:現(xiàn)代科技中的電場(chǎng)與磁場(chǎng)問(wèn)題
1.C 解析 根據(jù)公式evB=m和Ek=mv2聯(lián)立可得v=,代入數(shù)據(jù)解得v=5.4×107m/s,故C正確。
2.AC 解析 根據(jù)左手定則及圖中帶電粒子的偏轉(zhuǎn)方向可知,兩種粒子均帶正電,故A正確。粒子經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)加速時(shí),有qU=mv2,進(jìn)入磁場(chǎng)后,有qvB=m,聯(lián)立解得r=,即質(zhì)量小的粒子半徑也較小,故B錯(cuò)誤。假設(shè)質(zhì)量為m2的粒子質(zhì)量大,則質(zhì)量為m1的粒子最大半徑為r1=,質(zhì)量為m2的粒子最小半徑為r2=,兩種粒子的軌跡不發(fā)生重疊,則有r1

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