3．(07广东卷)带电粒子的荷质比q/m是一个重要的物理量。某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的荷质比，实验装置如图所示。

①他们的主要实验步骤如下：

A．首先在两极板M₁M₂之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，发射的电子从两极板中央通过，在荧幕的正中心处观察到一个亮点；

B．在M₁M₂两极板间加合适的电场：加极性如图所示的电压，并逐步调节增大，使荧幕上的亮点逐渐向荧幕下方偏移，直到荧幕上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压为U。请问本步骤目的是什么？

C．保持步骤B中的电压U不变，对M₁M₂区域加一个大小、方向合适的磁场B，使荧幕正中心重现亮点，试问外加磁场的方向如何？

②根据上述实验步骤，同学们正确推算出电子的荷质比与外加电场、磁场及其他相关量的关系为。一位同学说，这表明电子的荷质比将由外加电压决定，外加电压越大则电子的荷质比越大，你认为他的说法正确吗？为什么？

2．(07佛山教学质量检测)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的匀强电场(其频率为f)，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底面的匀强磁场中，如图6所示，设匀强磁场的磁感应强度为B，D形金属盒的半径为R，狭缝间的距离为d，匀强电场间的加速电压为U。则下列说法中正确的是 (　　 　)

A．增大匀强电场间的加速电压，被加速粒子最终获得的动能将增大；

B.增大磁场的磁感应强度，被加速粒子最终获得的动能将增大；

C.被加速粒子最终速度大小不超2πfR；

D.增大匀强电场间的加速电压，被加速粒子在加速器中运动的圈数将减少。

1．(08淮阴中学月考)一回旋加速器，可把α粒子加速到最大速率v，其加速电场的变化频率为f，在保持磁感强度不变的条件下，若用这一回旋加速器对质子进行加速，则加速电场的变化频率应为　　 　　　　　　　，质子能加速到的最大速率为　 　　　　　　　。

2．学会分析实际应用问题的解决方案。

知识点一带电粒子速度选择器

如图是一种质谱仪的示意图，其中MN板的左方是带电粒子速度选择器．选择器内有正交的匀强电场E和匀强磁场B，一束有不同速率的正离子水平地由小孔S进入场区，路径不发生偏转的离子的条件是_____________，即能通过速度选择器的带电粒子必是速度为v＝_______的粒子，与它带多少电和电性，质量为多少都无关。

[应用1]如图所示不同元素的二价离子经加速后竖直向下射入由正交的匀强电场和匀强磁场组成的粒子速度选择器，恰好都能沿直线穿过，然后垂直于磁感线进入速度选择器下方另一个匀强磁场，偏转半周后分别打在荧屏上的M、N两点．下列说法中不正确的有(　　　　 )

A．这两种二价离子一定都是负离子

B．速度选择器中的匀强磁场方向垂直于纸面向里

C．打在M、N两点的离子的质量之比为OM：ON

D．打在M、N两点的离子在下面的磁场中经历的时间相等

导示: 由左手定则知，这两种二价离子都是负离子，速度选择器中的匀强磁场方向垂直于纸面向里AB对。二价离子垂直于磁感线进入下方匀强磁场后由于速度、电量、磁感应强度都相等，打在M、N两点的离子的质量之比为OM：ON，C对。但打在M、N两点的离子在下面的磁场中经历的路程不等，所以经过的时间也不等，D错。故选D。

知识点二回旋加速器

回旋加速器是利用电场对电荷的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子的装置，由于带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期T＝　 　　　与速率和半径无关，所以只要交变电场的变化周期等于粒子运动的周期，就可以使粒子每次通过电场时都能得到加速；粒子通过D形金属扁盒时，由于金属盒的静电屏蔽作用，盒内空间的电场极弱．所以粒子只受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动，设D盒的半径为r，则粒子获得的最大动能为：　　　　　　　 。

[应用2]如图所示为一回旋加速器的示意图，已知 D形盒的半径为R，中心O处放有质量为m、带电量为q的正离子源，若磁感应强度大小为B，求：

(1)加在D形盒间的高频电源的频率。(2)离子加速后的最大能量；(3)离子在第n次通过窄缝前后的速度和半径之比。

导示: (1)加在D形盒间的高频电源的频率与正离子做圆周运动的频率相等。

(2)离子加速后的最大能量由D形盒半径决定，

，

(3)第n次通过窄缝后的速度

，同理，

所以

知识点三质谱仪

如图所示的是一种质谱仪的示意图，其中MN板的左方是带电粒子速度选择器，选择器内有正交的匀强磁场和匀强电场，一束有不同速率的正离子水平地由小孔进入场区．经过速度选择器后的相同速率的不同离子在右侧的偏转磁场中做匀速圆周运动，不同比荷的离子　　　　　　　 不同．P位置为照相底片记录　　　　　　　 。

[应用2]质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示．离子源S产生的带电量为q的某种正离子，离子产生出来时速度很小，可以看做是静止的．离子产生出来后经过电压U加速后形成离子束流，然后垂直于磁场方向、进人磁感应强度为B的匀强磁场，沿着半圆周运动而达到记录它的照相底片P上．实验测得：它在P上的位置到入口处a的距离为l，离子束流的电流强度为I．求(1)t秒内射到照相底片P上的离子的数目。(2)单位时间穿过入口处S₁离子束流的能量。(3)试证明这种离子的质量为m=qB²a²/8U

导示: (1)根据电流求电量：，

根据电量求离子数目：

(2)单位时间内离子能量为：

(3)加速过程：

由牛顿第二定律得：，

可求得：m=qB²a²/8U

知识点三磁流体发电机

如图是磁流体发电机，其原理是：等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛仑兹力作用下发生上、下偏转而聚集到A、B板上，产生电势差．设A、B平行金属板的面积为 S，相距 l，等离子气体的电阻率为ρ，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感强度为B，板外电阻为R，当等离子气体匀速通过AB板间时，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势．电动势 E=　　　　　　　 。　 R中电流I= 　　　　　　　。

[应用2]如图所示为磁流体发电机示意图．其中两极板间距d＝20cm，磁场的磁感应强度B=5T，若接入额定功率 P＝100 W的灯泡，灯泡正好正常发光，灯泡正常发光时的电阻R＝400 Ω．不计发电机内阻，求：

(1)等离子体的流速多大？

(2)若等离子体均为一价离子，则每秒钟有多少个什么性质的离子打在下极板．

导示: (1)设板间电压为U，对最终射出的等离子：，灯泡功率：

代入数据，求得v=200m/s。

(2)打在下极板上是正离子。

离子数目为：。

知识点四电磁流量计

电磁流量计原理可解释为：如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动．导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛仑兹力作用下横向偏转，a、b间出现电势差．当自由电荷所受电场力和洛仑兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定．流量Q= 　　　　　　　　。

[应用2]一种测量血管中血流速度仪器的原理如图所示，在动脉血管左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接电压表，设血管直径是2.0mm，磁场的磁感应强度为 0.080 T，电压表测出的电压为 0.10 mV，则血流速度大小为______m/s.(取两位有效数字)

导示: 对血液中的离子，在磁场的作用下发生偏转，使血管上下产生电势差，平衡时，

所以，

知识点五霍耳效应、磁强计

如图所示，厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面 A’之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应，实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U=kIB/d．式中的比例系数k称为霍尔系数．

[应用2](08淮阴中学月考)如图所示，一厚为d、宽为b、长为L的载流导体薄板放在磁感应强度为B的磁场中，电流强度为I，薄板中单位体积内自由电荷的数目为n，自由电荷的电量为 -e，如果磁场与薄板前后表面垂直，则板的上下两表面AA' 间会出现电势差，这一现象叫霍尔效应，AA′间的电势差叫霍尔电势差U_H(或霍尔电压)，

(1)试判断上下两表面的电势高低情况；

(2)试说明霍尔电势差U_H与题述中的哪些物理量有关，并推证出关系式。

导示:(1)A' 面电势高。

(2)U_H与I、B、n、e、d有关。

证明：载流子在磁场中定向运动，受洛伦兹力向上，形成从下向上的电场，稳定时，Bev­­=eE ,E=Bv ；

由导体中电流的表达式　 I=nevs ，

可得：I=nevbd　 ；

AA' 两面电势差：U_H =Eb=Bvb ，。

1．了解回旋加速器、磁流体发电机、速度选择器、电磁流量计、霍耳效应磁哟计、质谱仪等。

15.下图是某植物在溶液培养过程中，不同含氧情况下从KNO₃溶液中吸收K⁺和NO的曲线。请据图回答：

(1)K⁺和NO进入细胞的方式是　　　　　　　　　 。

(2)当含氧量从0升到20.8%时，该植物对K⁺和NO的吸收量有较大幅度的增加，但氧从20.8%增至43.3%时，该植物对K⁺和NO吸收量增加微小。由此说明，在氧浓度为20.8%以下时，限制该植物对K⁺和NO吸收的因

素是　　；在氧浓度为20.8%以上时，限制该植物对K⁺和NO吸收的因素是　　　　　　　。

(3)植物体所需要的矿质元素进入植物体后，有的仍然呈离子状态，可以转移再度利用；有的形成不够稳定的化合物，可以分解转移再度利用；有的形成难溶解的稳定的化合物，不能被植物体再度利用。

①Mg元素是叶绿体中叶绿素的组成元素，缺乏该元素，植物叶片会呈现黄色；

②某研究性学习小组想利用溶液培养法来探究叶绿体中含镁的色素是一种稳定的化合物还是不稳定的化合物，请帮助他们完成实验步骤的设计和其他有关问题。实验步骤：

第一步：配制　　　　　　　　　　　　 　；

第二步：选取　　　　　　　　　　　　　 ，

分别置于盛有上述培养液A、B的容器中，分别编号为甲和乙；

第三步：　　　　　　　　　　　　 　　　；

第四步：　　　　　　　　　　　　　　 　。

预测实验结果及结论：

如果　　　　　　　　　　　　　　　　　 ，

则说明叶绿体中含镁的色素是一种不稳定的化合物。

如果　　　　　　　　　　　　　　　　　 ，

则说明叶绿体中含镁的色素是一种稳定的化合物。

解析：植物吸收矿质元素是主动运输的过程，需要消耗细胞代谢产生的能量和载体的运输。在一定浓度范围内，随着氧气浓度的增加，植物有氧呼吸强度增加，产生的能量多，使得植物吸收矿质元素的速度加快，但随着氧气浓度的不断增加，植物吸收矿质元素的速度不再增加，这时主要是受细胞膜表面相关离子载体的数量的限制。在做实验时注意实验设计的几个原则，取材一致原则，单因子变量原则等，并注意控制无关变量对实验的影响。

答案：(1)主动运输　(2)氧浓度　相应离子载体的数量

(3)②适宜浓度的完全培养液A和缺Mg的完全培养液B　同一品种且生长健壮，大小、长势相同的植物幼苗若干，并等分为两组　在相同且适宜的环境下培养，不断向培养液中通入空气，每隔一段时间对甲乙装置分别更换等量的A、B培养液　一段时间后观察两组植物叶片是否变黄以及变黄的顺序，并做好记录　完全培养液中培养的植物叶片不变黄，缺Mg的完全培养液中植物基部叶片(老叶)先变黄　完全培养液中培养的植物叶片不变黄，缺Mg的完全培养液中植物幼叶(新叶)先变黄

14.无土栽培是近几十年来迅速发展起来的一项栽培技术，其方法是把植物体生长发育过程中所需要的各种矿质元素按照一定的比例配制成营养液，并用这种营养液来栽培植物。请分析回答问题：

(1)用无土栽培营养液培养花卉等植物时，往往要给营养液通入空气，这一措施的目的主要是促进根的　　作用，以利于根对矿质元素的吸收。这一生理过程主要发生在植物根细胞的　　(填一种细胞器)中。

(2)植物吸收营养液中的矿质离子一段时间后，检测到营养液中留存的Ca²⁺较多而NO较少，这说明植物根细胞的细胞膜是一种　　　　　　　膜。

(3)如果植物在培养过程中出现了萎蔫现象，其原因很可能是营养液浓度　　(填“大于”、“小于”或“等于”)细胞液浓度。

(4)下列哪项不是制备无土栽培营养液应注意的问题　　　　　　　　　　　 (　)

A.其内应溶有大量氧气

B.应具有适宜的pH范围

C.应包括所有的必需矿质元素，对某些植物还可以增加有关元素

D.应是均衡的营养液，即矿质元素之间要有适宜的浓度比例

解析：根系吸收矿质元素的方式是主动运输，需要消耗能量，没有氧气，根系只进行无氧呼吸，而无氧呼吸提供的能量是满足不了生命活动需要的，所以需要提供氧气进行有氧呼吸，这一生理过程主要在线粒体内进行。根系吸收某种矿质元素的多少不仅与能量有关，而且与细胞膜上载体种类和数量有关，体现了细胞膜的选择透过性。植物萎蔫是因为缺水，吸收不到水分，说明细胞液浓度小于外界溶液浓度。制备无土栽培营养液时，应包含植物必需的所有矿质元素且应注意各矿质元素的浓度比例，但O₂供应可通过通气管进行，无需配制到营养液中。

答案：(1)有氧呼吸(呼吸)　线粒体　(2)选择透过性　(3)大于　(4)A

13.某科研小组将5株小麦幼苗分别培养在相同的营养液中，然后测定根吸收水分和矿质元素的量，结果如下图和表，请回答：

(1)16℃时根吸收水分增加的原因是　　　　　　 　，

吸收矿质离子增加的原因是　　　　　　　　　 　。

(2)5株小麦幼苗的实验可以证明植物吸收矿质元素和吸收水分的关系

是　　　　　，这是因为在一般情况下，根吸收水主要是以　　作为动力的，而根吸收矿质元素则是以　　为主的过程。

(3)①组处理的幼苗吸水明显减少的原因是　　　　　　　　　 。

③组处理的幼苗K⁺的吸收量没有增加的原因是　　　　　　，吸水量明显减少的原因是　　　　　　　　　。

答案：(1)蒸腾作用增强　温度升高，呼吸酶的活性增强，产生的能量多

(2)两个相对独立的过程　蒸腾拉力　主动运输

(3)蒸腾作用减弱　载体蛋白的数量有限　外界溶液浓度高于细胞液浓度

12.农作物栽培生产中曾流行过“粪大水勤，不用问人”的说法。现代农业生产倡导合理地施肥、灌溉。这是因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (　)

①施肥过量不但浪费资源，且造成严重的水体污染

②合理灌溉力争用最少的水获取最大的效益

③合理施肥是根据土壤肥力和作物需肥规律适时适量地施肥，追求少肥高效

④不同作物对水肥的需求不同

⑤同一作物的不同生长时期对水肥的需求不同

A.只有①②③　 　　　　　　　B.只有②③④

C.只有②③⑤　　　　　　　 　D.①②③④⑤

解析：农作物浇水、施肥都要根据其对水、肥的需求规律而进行。这样既能保证效果、节约资源，又能防止因过量施肥对水体造成污染。

答案：D

11.(2010·唐山调研)植物吸收矿质元素受内外因素的影响，下列叙述错误的是　　 (　)

A.植物对矿质元素的吸收随温度的增加而增加

B.土壤板结时，植物对矿质元素的吸收量降低

C.植物对矿质元素的吸收与外界溶液浓度不成正比

D.植物吸收矿质元素的种类和数量与根细胞膜上载体的种类和数量有关

解析：温度影响酶的活性，在一定温度范围内，随着温度的增加，酶的活性增加，植物吸收矿质元素的速率增加，超过某一温度后，酶的活性随着温度的增加而降低，从而使植物对矿质元素的吸收速率下降。

答案：A