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1、專(zhuān)題二十六 電磁場(chǎng)在世界中的應(yīng)用
一、選擇題(本大題共5小題,每小題6分,共30分,每小題有一個(gè)或多個(gè)選項(xiàng)符合題意。全部選對(duì)的得6分,選對(duì)但不全的得4分,錯(cuò)選或不答的得0分)
1.如圖,裝置為速度選擇器,平行金屬板間有相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)方向豎直向上,磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,帶電粒子均以垂直電場(chǎng)和磁場(chǎng)的速度射入且都能從另一側(cè)射出,不計(jì)粒子重力,以下說(shuō)法正確的有( )
A.若帶正電粒子以速度v從點(diǎn)射入能沿直線′射出,則帶負(fù)電粒子以速度v從′點(diǎn)射入能沿直線′射出
B.若帶正電粒子以速度v從點(diǎn)射入,離開(kāi)時(shí)動(dòng)能增加,則帶負(fù)電粒子以速度v從點(diǎn)射入,離開(kāi)時(shí)動(dòng)能減少
C.
2、若氘核()和氦核()以相同速度從點(diǎn)射入,則一定能以相同速度從同一位置射出
D.若氘核()和氦核()以相同動(dòng)能從點(diǎn)射入,則一定能以相同動(dòng)能從不同位置射出
2.圖甲是用來(lái)加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖,其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒,在加速帶電粒子時(shí),兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,并分別與高頻電源相連.帶電粒子在運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示,若忽略帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間,則下列判斷正確的是( )
A.從Ek-t圖可知,要想粒子獲得的最大動(dòng)能越大,則要求D形盒的面積也越大
B.在Ek-t圖中應(yīng)有t4-t3=t3-t2=t2-t1
C.高頻電源的
3、變化周期應(yīng)該等于tn-tn-1
D.從Ek-t圖可知,粒子加速次數(shù)越多,粒子的最大動(dòng)能一定越大
3.用如圖所示的方法可以測(cè)得金屬導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n,現(xiàn)測(cè)得一塊橫截面為矩形的金屬導(dǎo)體的寬為b,厚為d,并加有與側(cè)面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B,當(dāng)通以圖示方向電流I時(shí),在導(dǎo)體上、下表面間用電壓表可測(cè)得電壓為U。已知自由電子的電荷量為e,則下列判斷正確的是( )
A.上表面電勢(shì)高
B.下表面電勢(shì)高
C.該導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為
D.該導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為
4如圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理:將一束等離子體噴射入磁場(chǎng),磁場(chǎng)中有兩塊金屬板A、B,這時(shí)金屬板上就會(huì)聚集電荷,
4、產(chǎn)生電壓.如果射人的等離子體的初速度為v,兩金屬板的板長(zhǎng)(沿初速度方向)為L(zhǎng),板間距離為d,金屬板的正對(duì)面積為S,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于離子初速度方向.負(fù)載電阻為R,電離氣體充滿兩極間的空間。當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí),電流表的示數(shù)為I,那么板間電離氣體的電阻率為( )
A. B.
C. D.
5. 環(huán)型對(duì)撞機(jī)是研究高能粒子的重要裝置。如圖所示,正、負(fù)離子由靜止經(jīng)過(guò)電壓為U的直線加速器加速后,沿圓環(huán)切線方向注入對(duì)撞機(jī)的真空環(huán)狀空腔內(nèi),空腔內(nèi)存在著與圓環(huán)平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。兩種帶電粒子將被局限在環(huán)狀空腔內(nèi),沿相反方向做半徑相等的勻速圓周運(yùn)動(dòng),從而在
5、碰撞區(qū)迎面相撞為維持帶電粒子在環(huán)狀空腔中的勻速圓周運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是( )
A.對(duì)于給定的加速電壓,帶電粒子的比荷越大,磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大
B對(duì)于給定的加速電壓,帶電粒子的比荷越大,磁感應(yīng)強(qiáng)度B越小
C.對(duì)于給定的帶電粒子,加速電壓U越大,粒子運(yùn)動(dòng)的周期越大
D.對(duì)于給定的帶電粒子,不管加速電壓U多大,粒子運(yùn)動(dòng)的周期都不變
二、填空題(共2小題,共30分)
6.(15分)如圖所示為一種質(zhì)譜儀的示意圖,從離子源S產(chǎn)生的正離子經(jīng)過(guò)S1和S2之間的加速電場(chǎng)進(jìn)入速度選擇器, P1和P2間的電場(chǎng)強(qiáng)度為E,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1,離子由S3射出后進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2
6、的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,由于各種離子軌跡半徑R不同,而分別射到底片上不同的位置,形成譜線。
(1)若已知S1、S2間的加速電壓為U以及B2和R,則離子的比荷= ;
(2)若已知速度選擇器中的電場(chǎng)強(qiáng)度為E和磁感應(yīng)強(qiáng)度為
B1,R和B2也知道,則離子的比荷= ;
(3)要使氫的同位素氘和氚的正離子經(jīng)加速電場(chǎng)和速度選擇器后以相同的速度進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。(設(shè)進(jìn)入加速電場(chǎng)時(shí)的速度為零)
①若保持速度選擇器的E和B1不變,則加速電場(chǎng)S1、S2間的電壓之比應(yīng)為 ;
②它們的譜線位置到狹縫S3的距離之比為
7、 。
7.(15分)一種測(cè)量血管中血流速度儀器的原理圖如圖所示,在動(dòng)脈血管左右兩側(cè)加有勻強(qiáng)磁場(chǎng),上下兩側(cè)安裝電極并連接電壓表,設(shè)血管直徑是2.0mm,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.080T,電壓表測(cè)出的電壓為0.10mV,則血流速度大小為 m/s。(取兩位有效數(shù)字)
三、(本大題共2小題,共40分)
8.(20分)如圖所示為一種質(zhì)譜儀的示意圖,它由加速電場(chǎng)、靜電分析器和磁分析器組成.磁分析器中有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。帶電離子在輻向電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),受到的電場(chǎng)力大小處處相等,方向始終指向圓心O,有一個(gè)所帶電荷量為q、質(zhì)量為m的離子,從加速電場(chǎng)的A處由靜止開(kāi)始,
8、經(jīng)加速電場(chǎng)加速后,以一定的速度進(jìn)入靜電分析器并沿圖中圓弧虛線運(yùn)動(dòng),在P點(diǎn)離開(kāi)靜電分析器進(jìn)入磁分析器,最終打在乳膠片上的Q點(diǎn).不計(jì)離子重力.若已知加速電場(chǎng)的電勢(shì)差為U,靜電分析器通道的半徑為R,圓心在O處.求:
(1)離子進(jìn)入靜電分析器時(shí)速度v的大小;
(2)均勻輻向電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E;
(3)P、Q之間的距離L。
9.(20分)某塑料球成型機(jī)工作時(shí).可以噴出速度v0=10m/s的塑料小球,已知噴出的每個(gè)小球的質(zhì)量m=1.0×10-4kg,并且在噴出時(shí)已帶了q=―1.0×10-4C的電荷量。如圖所示,小球從噴口飛出后,先滑過(guò)長(zhǎng)為d=1.5m的水平光滑的絕緣軌道,而后又滑過(guò)半徑為R=0.4m的圓弧形豎立的光滑絕緣軌道并從某處飛出。今在水平軌道上加上水平向右的場(chǎng)強(qiáng)大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng),小球?qū)⑶『脧膱A弧軌道的最高點(diǎn)M處水平飛出;若再在圓形軌道區(qū)域加上垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后,小球?qū)⑶『没^(guò)圓弧軌道上與圓心等高的N點(diǎn),最后落入放在地面上接地良好的金屬容器內(nèi),g取10m/s2,求:
(1)所加電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E多大?
(2)所加磁感應(yīng)強(qiáng)度B多大?在此種情況下,小球經(jīng)過(guò)M點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力多大?