高考物理 高频考点模拟新题精选训练 专题31 质谱仪Word下载.docx

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3．（2013浙江重点中学协作体高三摸底）如图所示，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UM、UN）

A．

B．

C．

D．

答案：

C

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=neSv，S=dh；

evB=eE，Eh=∣UM-UN∣；

联立解得n=

，选项C正确。

4.（2013武汉摸底）图甲是回旋加速器的工作原理图。

D1和D2是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。

若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，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

在Ek-t图中应该有tn+1-tn=tn-tn-1

在Ek-t图中应该有tn+1-tn<

tn-tn-1

在Ek-t图中应该有En+1-En=En-En-1

在Ek-t图中应该有En+1-En<

En-En-1

AC

根据带电粒子在匀强磁场中运动的周期与速度无关可知，在Ek-t图中应该有tn+1-tn=tn-tn-1，选项A正确B错误；

由于带电粒子在电场中加速，电场力做功相等，所以在Ek-t图中应该有En+1-En=En-En-1，选项C正确D错误。

5．（2013甘肃省甘谷质检）如右图所示，电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。

电子束经过加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，磁场方向垂直于圆面。

不加磁场时，电子束将通过磁场中心O点而打到屏幕上的中心M，加磁场后电子束偏转到P点外侧。

现要使电子束偏转回到P点，可行的办法是

A．增大加速电压

B．增加偏转磁场的磁感应强度

C．将圆形磁场区域向屏幕靠近些

D．将圆形磁场的半径增大些

6.（2013广东汕头市期末）如图,一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场（B）和匀强电场（E）组成的速度选择器，然后粒子通过平板S上的狭缝P，进入另一匀强磁场（B'

），最终打在AlA2上．下列表述正确的是

A.粒子带负电

B.所有打在AlA2上的粒子，在磁场B'

中运动时间都相同

C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于

D.粒子打在AlA2上的位置越靠近P，粒子的比荷

越大

7．（2013广东省韶关市一模）回旋加速器是加速带电粒子的装置，其主体部分是两个D形金属盒．两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中，a、b分别与高频交流电源两极相连接，下列说法正确的是

A．离子从磁场中获得能量

B．带电粒子的运动周期是变化的

C．离子由加速器的中心附近进入加速器

D．增大金属盒的半径粒子射出时的动能不变

回旋加速器离子从电场中获得能量，带电粒子的运动周期是不变化的，选项AB错误；

离子由加速器的中心附近进入加速器，增大金属盒的半径粒子射出时的动能增大，选项C正确D错误。

8.（2013山东名校质检）图6所示为显像管的原理示意图，当没有磁场时电子束将打在荧光屏正中的0点．安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转．设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，如果要使电子束打在荧光屏上的位置由a点逐渐移动到b点，图7中哪种变化的磁场能够使电子发生上述偏转（）

9．（2013江苏盐城明达中学测试）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”，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φM和φN，则下列判断中正确的是

A．如果是P型半导体，有φM>

φN

B．如果是N型半导体，有φM<

φN

C．如果是P型半导体，有φM<

D．如果是金属导体，有φM<

如果是P型半导体，由左手定则可知，“空穴”向下表面N偏转，有φM<

φN,,选项A错误C正确；

如果是N型半导体，由左手定则可知，电子向下表面N偏转，有φM>

φN,选项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φM>

φN,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UCD，下列说法中正确的是

A．电势差UCD仅与材料有关

B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD＜0

C．仅增大磁感应强度时,电势差UCD变大

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abcd和电源连接，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、cd两侧存在电势差，且ab电势低于cd电势

D．在导体的ab、cd两侧存在电势差，且ab电势高于cd电势

BD

导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、cd两侧存在电势差，且ab电势高于cd电势，选项BD正确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素的重要仪器，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S1处进入磁场到达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P上的位置到入口处S1的距离为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，质谱仪能够将它们分开吗？

（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：

qvB=m

，①

根据T=2πr/v，②

离子从S1处进入磁场到达P的所用时间为：

t=T/2，③

13（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v1和磁感应强度B1。

．求粒子绕行n圈回到M板时的速度大小vn；

（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，求粒子绕行n圈所需的总时间t。

（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PQ进入半径为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PQ直线上，荧光屏M与PQ垂直，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）θ的大小．

（3）若阴极在发出电子的同时还发出一定量的SO42－离子，SO42－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=9.1×

10-31kg，SO42－离子的质量m′=1.6×

10-25kg，不计SO42－离子所受的重力及与电子之间的相互作用）

（3）SO42－离子离开磁场时的偏转角满足θ′满足

2分

所以有

即SO42－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O1等距各点的电场强度大小相同，方向沿径向指向圆心O1，磁分析器中以O2为圆心、圆心角为90°

的扇形区域内，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O2的距离为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。