2019年高考物理总复习 8-4带电粒子在复合场中的运动训练试题 新人教版.doc

2019年高考物理总复习 8-4带电粒子在复合场中的运动训练试题 新人教版1.(多选)场强为E的匀强电场与磁感应强度为B的匀强磁场正交，复合场的水平宽度为d，竖直方向足够长，如图所示现有一束电荷量为q、质量为m的粒子以各不相同的初速度v0沿电场方向射入场区，则那些能飞出场区的粒子的动能增量Ek可能为()Adq(EB)B.CqEd D0解析带电粒子可从左侧或右侧飞出场区，由于洛伦兹力不做功，电场力做功与路径无关，所以从左侧飞出时Ek0，从右侧飞出时，EkqEd，故选项C、D正确答案CD2(多选)(xx浙江重点中学摸底)如右图所示，在正三角形区域内存在着垂直于纸面的匀强磁场和平行于AB的水平方向的匀强电场，一不计重力的带电粒子刚好以某一初速度从三角形O点沿角平分线OC做匀速直线运动若此区域只存在电场中，该粒子仍以此初速度从O点沿角平分线OC射入，则此粒子刚好从A点射出；若只存在磁场时，该粒子仍以此初速度从O点沿角平分线OC射入，则下列说法正确的是()A粒子将在磁场中做匀速圆周运动，运动轨道半径等于三角形的边长B粒子将在磁场中做匀速圆周运动，且从OB段射出磁场C粒子将在磁场中做匀速圆周运动，且从BC段射出磁场D根据已知条件可以求出该粒子分别在只有电场时和只有磁场时在该区域中运动的时间之比解析当匀强磁场和匀强电场并存时，粒子做匀速直线运动，则EqqvB；只存在水平方向的电场时，该粒子做类平抛运动，设三角形的边长为L，则vt1，t，联立得E；只存在磁场时，该粒子做圆周运动的半径R，粒子将打到OB上，与O点距离处，可求出圆弧对应的圆心角，运动时间t2，则可求出，选项B、D正确答案BD3(多选)如图所示是质谱仪的工作原理示意图带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场下列表述正确的是()A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小解析粒子在题图中的电场中加速，说明粒子带正电，其通过速度选择器时，电场力与洛伦兹力平衡，则洛伦兹力方向应水平向左，由左手定则知，磁场的方向应垂直纸面向外，选项B正确；由EqBqv可知，vE/B，选项C正确；粒子打在胶片上的位置到狭缝的距离即为其做匀速圆周运动的直径D，可见D越小，则粒子的比荷越大，D不同，则粒子的比荷不同，因此利用该装置可以分析同位素，A项正确，D项错误答案ABC4(多选)(xx浙江)在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子P和P3，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图所示已知离子P在磁场中转动30后从磁场右边界射出在电场和磁场中运动时，离子P和P3()A在电场中的加速度之比为11B在磁场中运动的半径之比为1C在磁场中转过的角度之比为12D离开电场区域时的动能之比为13解析离子在电场中加速过程中，由于电场强度相同，根据牛顿第二定律，可得a1a2q1q213，选项A错误；在电场中加速过程，由动能定理，可得qUmv2，在磁场中偏转过程，有qvBm，两式联立，可得r，故r1r21，选项B正确；设磁场宽度为d，根据sin，可得，联立解得260，选项C正确；由qUmv2Ek1，可知Ek1Ek213，选项D正确答案BCD5(单选)(xx重庆)如图所示，一段长方体形导电材料，左右两端面的边长都为a和b，内有带电荷量为q的某种自由运动电荷导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部磁感应强度大小为B.当通以从左到右的稳恒电流I时，测得导电材料上、下表面之间的电压为U，且上表面的电势比下表面的低由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为()A.，负B.，正C.，负 D.，正解析假设粒子带正电，根据左手定则，粒子受的洛伦兹力向上，上面聚集正电荷，则上板电势高，与题意不符，所以粒子带负电；达到稳定状态后，粒子受的电场力与洛伦兹力平衡，有qqvB，且In|q|Svn|q|abv，两式联立得n.答案C6(xx浙江)如图所示，两块水平放置、相距为d的长金属板接在电压可调的电源上两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面，从喷口连续不断喷出质量均为m、水平速度均为v0、带相等电荷量的墨滴调节电源电压至U，墨滴在电场区域恰能沿水平向右做匀速直线运动；进入电场、磁场共存区域后，最终垂直打在下板的M点(1)判断墨滴所带电荷的种类，并求其电荷量；(2)求磁感应强度B的值；(3)现保持喷口方向不变，使其竖直下移到两板中间的位置为了使墨滴仍能到达下板M点，应将磁感应强度调至B，则B的大小为多少？解析(1)墨滴在电场区域做匀速直线运动，有qmg由式，得q由于电场方向向下，电荷所受电场力向上，可知墨滴带负电荷(2)墨滴垂直进入电、磁场共存区域，重力仍与电场力平衡，合力等于洛伦兹力，墨滴做匀速圆周运动，有qv0Bm考虑墨滴进入磁场和撞板的几何关系，可知墨滴在该区域恰完成四分之一圆周运动，则半径Rd由式，得B(3)根据题设，墨滴运动轨迹如图，设圆周运动半径为R，有qv0Bm由图示，可得R2d2(R)2得Rd联立式，可得B答案(1)负电荷(2)(3)7.1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量为q，在加速器中被加速，加速电压为U.加速过程中不考虑相对论效应和重力作用(1)求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比；(2)求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t；(3)实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为Bm、fm，试讨论粒子能获得的最大动能Ekm.解析(1)设粒子第1次经过狭缝后的半径为r1，速度为v1，则有qUmv，qv1Bm解得r1同理，粒子第2次经过狭缝后的半径r2则r2r11(2)设粒子到出口处被加速了n圈2nqUmv2，qvBm，T，tnT解得t(3)加速电场的频率应等于粒子在磁场中做圆周运动的频率，即f当磁感应强度为Bm时，加速电场的频率应为fBm，粒子的动能Ekmv2当fBmfm时，粒子的最大动能由Bm决定qvmBmm解得Ekm当fBmfm时，粒子的最大动能由fm决定vm2fmR解得Ekm22mfR2答案(1)1(2)(3)当fBmfm时，Ekm；当fBmfm时，Ekm22mfR28(xx北京)利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域如图1，将一金属或半导体薄片垂直置于磁场B中，在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时，另外两侧c、f间产生电势差，这一现象称霍尔效应其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是c、f间建立起电场EH，同时产生霍尔电势差UH.当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，EH和UH达到稳定值，UH的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式UHRH，其中比例系数RH称为霍尔系数，仅与材料性质有关(1)设半导体薄片的宽度(c、f间距)为l，请写出UH和EH的关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图1中c、f哪端的电势高；(2)已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n，电子的电荷量为e，请导出霍尔系数RH的表达式(通过横截面积S的电流InevS，其中v是导电电子定向移动的平均速率)；(3)图2是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体，相邻永磁体的极性相反霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图象如图3所示a若在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，请导出圆盘转速N的表达式b利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程除此之外，请你展开“智慧的翅膀”，提出另一个实例或设想解析(1)UHEHl；由左手定则判断，电子受洛伦兹力向f端偏转，故c端电势高(2)由UHRH得RHUHEHl当电场力与洛伦兹力相等时，有eEHevB得EHvB又InevS将代入，得RHvBlvl(3)a.由于在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，则PmNt圆盘转速为Nb提出的实例或设想合理即可答案(1)UHEHlc端电势高(2)RH(3)见解析9(xx江苏)在科学研究中，可以通过施加适当的电场和磁场来实现对带电粒子运动的控制如图1所示的xOy平面处于匀强电场和匀强磁场中，电场强度E和磁感应强度B随时间t作周期性变化的图象如图2所示x轴正方向为E的正方向，垂直纸面向里为B的正方向在坐标原点O有一粒子P，其质量和电荷量分别为m和q.不计重力在t时刻释放P，它恰能沿一定轨道做往复运动(1)求P在磁场中运动时速度的大小v0；(2)求B0应满足的关系；(3)在t0(0t00，得0v0(l)(3)小球Q在空间做平抛运动，要满足题设要求，则运动到小球P穿出电磁场区域的同一水平高度时的W点时，其竖直方向的速度vy与竖直位移yQ必须满足vyvyQR设小球Q运动到W点时间为t，由平抛运动，有vygtyQgt2联立相关方程，解得B1B2B1是B2的0.5倍答案(1)P带正电(2)00)的粒子从坐标原点O沿xOy平面以不同的初速度大小和方向入射到该磁场中不计重力和粒子间的影响(1)若粒子以初速度v1沿y轴正向入射，恰好能经过x轴上的A(a,0)点，求v1的大小；(2)已知一粒子的初速度大小为v(vv1)，为使该粒子能经过A(a,0)点，其入射角(粒子初速度与x轴正向的夹角)有几个？并求出对应的sin值；(3)如图乙所示，若在此空间再加入沿y轴正向、大小为E的匀强电场，一粒子从O点以初速度v0沿y轴正向发射研究表明：粒子在xOy平面内做周期性运动，且在任一时刻，粒子速度的x分量vx与其所在位置的y坐标成正比，比例系数与场强大小E无关求该粒子运动过程中的最大速度值vm.解析(1)带电粒子以速率v在匀强磁场B中做匀速圆周运动，半径为R，有qvBm当粒子沿y轴正向入射，转过半个圆周至A点，该圆周半径为R1，有R1由式代入式，得v1(2)如图所示，O、A两点处于同一圆周上，且圆心在x的直线上，半径为R.当给定一个初速率v时，有2个入射角，分别在第1、2象限，有sinsin由式，解得sin(3)粒子在运动过程中仅电场力做功，因而在轨道的最高点处速率最大，用ym表示其y坐标，由动能定理，有qEymmvmv由题知，有vmkym若E0时，粒子以初速度v0沿y轴正向入射，有qv0Bmv0kR0由式，解得vm答案(1)(2)2个均为sin(3)14.如图所示，坐标平面第象限内存在大小为E4105 N/C、方向水平向左的匀强电场，在第象限内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场质荷比为41010 N/C的带正电粒子从x轴的A点以初速度v02107 m/s垂直x轴射入电场，OA0.2 m，不计重力求：(1)粒子经过y轴时的位置到原点O的距离；(2)若要求粒子不能进入第三象限，求磁感应强度B的取值范围(不考虑粒子第二次进入电场后的运动情况)解析(1)设粒子在电场中运动的时间为t，粒子经过y轴时的位置与原点O的距离为y，则有sOAat2，a，E，yv0t联立解得a1.01015 m/s2，t2.0108 s，y0.4 m(2)粒子经过y轴时在电场方向的分速度为vxat2107 m/s粒子经过y轴时的速度大小为v2107 m/s与y轴正方向的夹角为，arctan45要使粒子不进入第三象限，如图所示，此时粒子做匀速圆周运动的轨道半径为R，则RRyqvBm联立解得B(22)102 T答案(1)0.4 m(2)B(22)102 T