物理一轮复习精练精析《金学案》（粤教）：复合场中的STS题型探究

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第4课复合场中的STS题型探究题号123456789答案一、单项选择题1。如图所示为速度选择器示意图,下列判断中正确的是()A．所选带电粒子的速度与粒子的电性有关B．所选带电粒子的速度与粒子的比荷有关C．所选带电粒子的速度与电场强度和磁感应强度有关D．所选带电粒子的速度与从哪一端射入无关解析:根据左手定则及电场力的判断方法，无论带何种电荷，都必须从左端射入速度选择器．而能被选择的带电粒子必须做匀速直线运动，有qvB＝qE。即符合v＝eq\f（E，B）的粒子就能被选中，与电性、比荷无关．答案：C2.如图所示，一束质量、速度和电荷量不全相等的离子,经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后,进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B束，下列说法中正确的是()A．组成A、B束的离子都带负电B．组成A、B束的离子质量一定不同C．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外D．A束离子的比荷eq\b\lc\(\rc\）(\a\vs4\al\co1(\f(q,m)））大于B束离子的比荷解析:A与B两束离子由速度选择器进入磁场后，由左手定则可判断出A、B两束离子均带正电；离子在速度选择器中做匀速直线运动，两离子带正电，所受电场力与场强方向一致，水平向右，洛伦兹力必水平向左,且与电场力等大:Bqv＝qE⇒v＝eq\f（E，B），由左手定则可得速度选择器中的磁场方向应垂直于纸面向里；两离子进入磁场后做匀速圆周运动,观察可得圆周运动半径不同，依据r＝eq\f(mv,Bq)可得两离子的比荷不等,A束离子的圆周运动的半径较小，则比荷大于B束离子．答案：D3．(2014·江门模拟)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，则下列相关说法中正确的是(）A．该束带电粒子带负电B．速度选择器的P1极板带负电C．能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于eq\f(E，B1）D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S0，粒子的比荷越小（2014·江门模拟）速度相（2014·江门模拟）速度相解析：由左手定则，该束带电粒子带正电，速度选择器的P1极板带正电，选项A、B错误；由qE＝qvB1可得能通过狭缝S0的带电粒子的速率v＝eq\f(E，B1)，选项C正确；由r＝eq\f（mv，qB）可知，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S0，r越小，粒子的比荷eq\f(q，m）越大，选项D错误．答案：C4．（2014·广州模拟）在电视机的显像管中，电子束的扫描是用磁偏转技术实现的，其扫描原理如图甲所示．圆形区域内的偏转磁场方向垂直于圆面,而不加磁场时，电子束将通过O点而打在屏幕的中心M点．为了使屏幕上出现一条以M为中心的亮线PQ，偏转磁场的磁感应强度B随时间变化的规律应是乙中的（)解析:由题意知，要想得到以M为中点的亮线PQ，磁场的磁感应强度B随时间t变化时,应有方向改变，故C、D两项错误．对于选项A的变化图象，则只可能出现两个亮点．故正确选项为B.答案：B二、双项选择题5。如图所示是粒子速度选择器的原理图，如果粒子所具有的速率v＝eq\f（E，B)，那么()A．带正电粒子必须沿ab方向从左侧进入场区，才能沿直线通过B．带负电粒子必须沿ba方向从右侧进入场区，才能沿直线通过C．不论粒子电性如何，沿ab方向从左侧进入场区，都能沿直线通过D．不论粒子电性如何，沿ba方向从右侧进入场区，都能沿直线通过答案：AC(发散思维法）6。1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D型盒D1、D2构成，其间留有空隙,下列说法中正确的是()A．离子由加速器的中心附近进入加速器B．离子由加速器的边缘进入加速器C．离子从磁场中获得能量D．离子从电场中获得能量解析：离子由加速器的中心附近进入加速器，从电场中获取能量，最后从加速器边缘离开加速器，选项A、D正确．答案：AD7。如图所示是电磁流量计的原理图，横截面为长方形的一段管道,上、下两面是金属材料，前后两侧面是绝缘材料．长、宽、高分别为图中的a、b、c.流量计的两端与输送流体的管道连接(图中未画出）．现垂直于前面加磁感应强度为B的匀强磁场．当从管的左侧向右侧流过带正电的液体时，上、下表面连接的理想电压表V测得电压为U，下列说法中正确的是(流量是指单位时间流过某横截面的体积)()A．上表面电势高于下表面的B．上表面电势低于下表面的C．液体的流量为Q＝eq\f(Ub,B）D．液体的流量为Q＝eq\f（Uabc，B）解析：根据左手定则可知上表面电势高于下表面的,选项A正确B项错误；在液体流动稳定时，液体所受的洛伦兹力等于电场力,有：eq\f(eU,c）＝evB，得流量计液体流动时的速度为:v＝eq\f（U,cB)，根据流量的定义可得：Q＝bc·eq\f(vt,t)＝bcv.由以上两式解得：Q＝eq\f（Ub,B).答案：AC8．如图甲是用加速带电粒子的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，两盒分别与高频电相连．带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是()A．在Ek－t图中应有t4－t3＝t3－t2＝t2－t1B．高频电的变化周期应该等于tn－tn－1C．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大D．要想粒子获得的最大动能越大，可增加D形盒的面积解析：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度大小无关，因此，在Ek－t图中应有t4－t3＝t3－t2＝t2－t1,选项A正确；带电粒子在回旋加速器中每运行一周加速两次,高频电的变化周期应该等于2（tn－tn－1)，选项B错误；由r＝eq\f（mv,qB)＝eq\f(\r(2mEk)，qB）可知，粒子获得的最大动能取决于D形盒的半径,当轨道半径与D形盒半径相等时就不能继续加速，故选项C错误、D项正确．答案：AD9.在质谱仪的示意图中，从离子S产生的正离子经过狭缝S1和S2之间的加速电场，进入离子速度选择器．P1P2之间的电场强度为E,磁感应强度为B1.离子由S3射入磁感应强度为B2的匀强磁场区域．由于各种离子运动的轨道半径R不同，故分别射到底片上的不同位置,形成各自的谱线．如果要使氘核的谱线离S3的距离增大为原的2倍，可以(）A．将B2减小为原的1/2B．将B2增大为原的2倍C．将B1减小为原的1/2D．将E减小为原的1/2解析:在B2区域，根据R＝eq\f(mv，qB2），要R→2R，则B2→eq\f(B2，2）,选项A正确．或使离子离开加速电场板S2时的速度v→2v；在离子速度选择器中，根据qvB1＝qE，得v＝eq\f（E,B1)，即B1→eq\f(B1，2)，选项C正确．（说明：调节B1→eq\f(B1，2）涉及同时调节加速电场的电压U→4U）答案：AC三、非选择题10．如图所示，加速电场的电压为U，速度选择器的电场强度为E，磁感应强度为B.一带正电粒子（不计重力），从静止开始由加速电场加速之后从速度选择器的左端中点垂直射入，恰好能沿直线通过速度选择器,则该带电粒子的比荷为多少？解析：设带电粒子的电量为q,质量为m,在加速电场中加速得到的最大速度为v，根据动能定理，有：qU＝eq\f（1,2)mv2。①带电粒子在速度选择器中所受的洛伦兹力等于电场力，从而做匀速直线运动，有：qvB＝qE.②①②联立解得：eq\f（q，m)＝eq\f(E2，2UB2）.答案:eq\f（E2，2UB2)11．如图所示，一台回旋加速器，忽略带电粒子在电场中运动的时间，当电场的电压和磁感应强度一定时，可把质子(eq\o\al（1，）1H)加速到最大动能为Ek。那么，这台回旋加速器，能把α粒子（eq\o\al（4,)2He）加速到最大动能为多少？解析：带电粒子在磁场中，根据洛伦兹力等于向心力，有：qvB＝meq\f(v2，R），得：v＝eq\f(qBR，m).把它代入Ek＝eq\f（1,2)mv2，得：Ek＝eq\f(qBR2,2m）.由于B、R一定，故v∝eq\f(q,m)，Ek∝eq\f(q2,m).故α粒子(eq\o\al（4，2)He）加速到最大动能也为Ek.答案：Ek12．(2014·湛江模拟）如图所示，一个带电的小球从P点自由下落，P点距场区边界MN高为h，边界MN下方有方向竖直向下、电场场强为E的匀强电场，同时还有垂直于纸面的匀强磁场，小球从边界上的a点进入电场与磁场的复合场后,恰能做匀速圆周运动，并从边界上的b点穿出，已知ab＝L，求：（1）小球的带电性质及其电量与质量的比值；（2）该匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向；（3）小球从P经a至b时，共需时间为多少？解析：带电粒子在复合场中做匀速圆周运动，则重力和电场力平衡,洛伦兹力提供做圆周运动的向心力．（1）重力和电场力平衡，电场力方向向上，电场方向向下，则为负电荷,由mg＝Eq，得比荷eq\f（q，m）＝eq\f(g，E）。(2）粒子由a到b运动半周，由其受力方向根据左手定则可知磁场方向为垂直纸面向外，qvB＝meq\f（v2,R)mgh＝eq\f(1，2)mv2L＝2R联立可得B＝eq\