小專題6　帶電粒子在復合場中運動的科技應用 一、單項選擇題 1．(2017年遼寧大連高三二模)圖KZ61為研究某種帶電粒子的裝置示意圖，粒子源射出的粒子束以一定的初速度沿直線射到熒光屏上的O點，出現(xiàn)一個光斑．在垂直于紙面向里的方向上加一磁感應強度為B的勻強磁場后，粒子束發(fā)生偏轉，沿半徑為r的圓弧運動，打在熒光屏上的P點，然后在磁場區(qū)域再加一豎直向下，場強大小為E的勻強電場，光斑從P點又回到O點，關于該粒子(不計重力)，下列說法正確的是(　　) 圖KZ61 A．粒子帶負電 B．初速度為v＝ C．比荷為＝ D．比荷為＝ 2．(2016年山東濟南一模)質譜儀是一種測定帶電粒子質量和分析同位素的重要工具，它的構造原理如圖KZ62所示．粒子源S發(fā)出兩種帶正電的同位素粒子甲和乙，兩種粒子從S出來時速度很小，可忽略不計，粒子經(jīng)過加速電場加速后垂直進入有界勻強磁場(如圖中線框所示)，最終打到照相底片上．測得甲、乙兩種粒子打在照相底片上的點到入射磁場點的距離之比為5∶4，則它們在磁場中運動的時間之比是(　　) 圖KZ62 A．5∶4 B．4∶5 C．25∶16 D．16∶25 3．醫(yī)生做某些特殊手術時，利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度．電磁血流計由一對電極a和b以及一對磁極N和S構成，磁極間的磁場是均勻的．使用時，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖KZ63所示．由于血液中的正負離子隨血流一起在磁場中運動，電極a、b之間會有微小電勢差．在達到平衡時，血管內(nèi)部的電場可看做是勻強電場，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零．在某次監(jiān)測中，兩觸點間的距離為3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點間的電勢差為160 μV，磁感應強度的大小為0.040 T．則血流速度的近似值和電極a、b的正負為(　　) 圖KZ63 A．1.3 m/s，a正、b負 B．2.7 m/s，a正、b負 C．1.3 m/s，a負、b正 D．2.7 m/s，a負、b正 4．如圖KZ64所示，長方體發(fā)電導管的前后兩個側面是絕緣體，上下兩個側面是電阻可忽略的導體電極，兩極間距為d，極板面積為S，這兩個電極與可變電阻R相連．在垂直前后側面的方向上，有一勻強磁場，磁感應強度大小為B.發(fā)電導管內(nèi)有電阻率為ρ的高溫電離氣體，氣體以速度v向右流動，并通過專用管道導出．由于運動的電離氣體受到磁場的作用，將產(chǎn)生大小不變的電動勢．若不計氣體流動時的阻力，由以上條件可推導出可變電阻消耗的電功率P＝2R.調(diào)節(jié)可變電阻的阻值，根據(jù)上面的公式或你所學過的物理知識，可求得可變電阻R消耗電功率的最大值為(　　) 圖KZ64 A. B. C. D. 5．(2017年江蘇泰州中學高三檢測)圖KZ65為一利用海流發(fā)電的原理圖，用絕緣材料制成一個橫截面為矩形的管道，在管道的上、下兩個內(nèi)表面裝有兩塊電阻不計的金屬板M、N，板長為a，寬為b，板間的距離為d，將管道沿海流方向固定在海水中，在管道中加一個與前后表面垂直的勻強磁場，磁感應強度為B，將電阻為R的航標燈與兩金屬板連接(圖中未畫出)．海流方向如圖所示，海流速率為v，下列說法不正確的是(　　) 圖KZ65 A．M板電勢髙于N板的電勢 B．發(fā)電機的電動勢為Bdv C．發(fā)電機的電動勢為Bav D．管道內(nèi)海水受到的安培力方向向左 二、多項選擇題 6．(2017年河北石家莊模擬)圖KZ66為一種獲得高能粒子的裝置，環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面、磁感應強度大小可調(diào)的均勻磁場，帶電粒子可在環(huán)中做圓周運動．A、B為兩塊中心開有小孔的距離很近的極板，原來電勢均為零，每當帶電粒子經(jīng)過A板準備進入A、B之間時，A板電勢升高為＋U，B板電勢仍保持為零，粒子在兩板間的電場中得到加速；每當粒子離開B板時，A板電勢又降為零，粒子在電場的加速下動能不斷增大，而在環(huán)形磁場中繞行半徑r不變．若粒子通過A、B板的時間不可忽略，能定性反映A板電勢U和環(huán)形區(qū)域內(nèi)的磁感應強度B隨時間t變化的關系的是(　　) 圖KZ66 A B C D 7．(2016年江蘇揚州一模)回旋加速器工作原理示意圖如圖KZ67所示，磁感應強度為B的勻強磁場與盒面垂直，兩盒間的狹縫很小，粒子穿過的時間可忽略，它們接在電壓為U、頻率為f的交流電源上，若A處粒子源產(chǎn)生的質子在加速器中被加速，下列說法正確的是(　　) 圖KZ67 A．若只增大交流電壓U，則質子獲得的最大動能增大 B．若只增大交流電壓U，則質子在回旋加速器中運行時間會變短 C．若磁感應強度B增大，交流電頻率f必須適當增大才能正常工作 D．不改變磁感應強度B和交流電頻率f，該回旋加速器也能用于加速α粒子 8．自行車速度計利用霍爾效應傳感器獲知自行車的運動速率．如圖KZ68甲所示，自行車前輪上安裝一塊磁鐵，輪子每轉一圈，這塊磁鐵就靠近傳感器一次，傳感器會輸出一個脈沖電壓．圖乙為霍爾元件的工作原理圖．當磁場靠近霍爾元件時，導體內(nèi)定向運動的自由電荷在磁場力作用下偏轉，最終使導體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢差，即為霍爾電勢差．下列說法正確的是(　　) 甲 乙 圖KZ68 A．根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)和自行車車輪的半徑即可獲知車速大小 B．自行車的車速越大，霍爾電勢差越高 C．圖乙中霍爾元件的電流I是由正電荷定向運動形成的 D．如果長時間不更換傳感器的電源，霍爾電勢差將減小 三、非選擇題 9．(2016年山東淄博第一中學高三期末)如圖KZ69所示，靜止于A處的離子，經(jīng)加速電場加速后沿圖中圓弧虛線通過靜電分析器，從P點垂直CF進入矩形區(qū)域的有界勻強電場，電場方向水平向左．靜電分析器通道內(nèi)有均勻輻射分布的電場，已知圓弧虛線的半徑為r，其所在處場強為E，方向如圖所示．離子質量為m、電荷量為q，QF＝2d、PF＝3d，離子重力不計． (1)求加速電場的電壓U. (2)若離子恰好能打在Q點上，求矩形區(qū)域QFCD內(nèi)勻強電場場強E0的值． (3)若撤去矩形區(qū)域QFCD內(nèi)的勻強電場，換為垂直紙面向里的勻強磁場，要求離子能最終打在QF上，求磁場磁感應強度B的取值范圍． 圖KZ69 10．(2017年江蘇卷)一臺質譜儀的工作原理如圖KZ610所示．大量的甲、乙兩種離子飄入電壓為U0的加速電場，其初速度幾乎為0，經(jīng)過加速后，通過寬為l的狹縫MN沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場中，最后打到照相底片上．已知甲、乙兩種離子的電荷量均為＋q，質量分別為2m和m，圖中虛線為經(jīng)過狹縫左、右邊界M、N的甲種離子的運動軌跡．不考慮離子間的相互作用． (1)求甲種離子打在底片上的位置到N點的最小距離x. (2)在圖中用斜線標出磁場中甲種離子經(jīng)過的區(qū)域，并求該區(qū)域最窄處的寬度d. (3)若考慮加速電壓有波動，在(U0－ΔU)到(U0＋ΔU)之間變化，要使甲、乙兩種離子在底片上沒有重疊，求狹縫寬度l滿足的條件． 圖KZ610