高中物理之目:2016年全国卷A题15

2016年全国卷A题15

15.现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子,其示意图如图所示,其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速,经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速,为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场,需将磁感应强度增加到原来的 12 倍。此离子和质子的质量比值约为

2016年全国卷A题15

A.11 B.12 C.121 D.144


【解】

qvB=\dfrac{mv^2}{r}

B=\dfrac{mv}{qr}

B^2=\dfrac{m \cdot mv^2}{q^2r^2}=\dfrac{m \cdot 2 qU}{q^2r^2}=2(\dfrac{m}{q}) \dfrac{U}{r^2}

本题中, U 没有变,r 没有变,而 B_2=12 B_1,

所以,B^2_2=144 \, B^2_1, 所以 \dfrac{m_2}{q} = 144 \cdot \dfrac{m_1}{q}

m_2 = 144 \, m_1

结论:选项D正确。


【提炼与提高】

这是一道入门级的高考题。适合在备考初期练手,也可作为课本练习的补充。

本题的背景是质谱仪。质谱仪在物理学研究中具有重要的作用,基本工作原理涉及两个阶段。

阶段一:带电粒子在电场中加速,电场力做功,电势能转化为粒子动能。

\boxed{qU=\dfrac{1}{2}mv^2}

阶段二:进入磁场后,带电粒子受洛伦兹力作用,作圆周运动。

\boxed{qvB = m \cdot \dfrac{v^2}{r} = m \cdot v \cdot (\dfrac{2\pi}{T})}

这两个阶段分别涉及静电学和洛伦兹力方面的知识。从高考考查的角度来看,是一个效率较高的模型,所以在高考中频繁出现。

应对的攻略也简单:第一,务必要牢记上面两个画了框的基本公式;第二,高考题中,会不断地交换已知条件和待求量;所以,仅仅记住个别二级结论并不能解决问题,一定要掌握公式变形的方法技巧。具体问题具体分析。


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