2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 課后限時集訓(xùn)24 帶電粒子在復(fù)合場中的運動新人教版

1、2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 課后限時集訓(xùn)24 帶電粒子在復(fù)合場中的運動新人教版2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 課后限時集訓(xùn)24 帶電粒子在復(fù)合場中的運動新人教版年級：姓名：- 13 -課后限時集訓(xùn)(二十四)(時間：40分鐘)1. (2020廣東韶關(guān)質(zhì)檢)如圖所示，一個靜止的質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子(不計重力)，經(jīng)電壓u加速后垂直進入磁感應(yīng)強度為b的勻強磁場，粒子在磁場中轉(zhuǎn)半個圓周后打在p點，設(shè)opx，能夠正確反應(yīng)x與u之間的函數(shù)關(guān)系的是()abcdb由動能定理得qumv2由牛頓第二定律得qvbx2r解得x故b項正確。2.(多選)如圖所示，a、b是一對平行金屬板，分別接到直流電源的兩極上，使a、

2、b兩板間產(chǎn)生勻強電場(場強大小為e)，右邊有一塊擋板，正中間開有一小孔d，在較大空間范圍內(nèi)存在著勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為b，方向垂直紙面向里。從兩板左側(cè)中點c處射入一束正離子(不計重力)，這些正離子都沿直線運動到右側(cè)，從d孔射出后分成三束，則下列判斷正確的是()a這三束正離子的速度一定不相同b這三束正離子的比荷一定不相同ca、b兩板間的勻強電場方向一定由a指向bd若這三束離子改為帶負電而其他條件不變，則仍能從d孔射出bcd因為三束正離子在兩極板間都是沿直線運動的，電場力等于洛倫茲力，可以判斷三束正離子的速度一定相同，且電場方向一定由a指向b，a錯誤，c正確；在右側(cè)磁場中三束正離子運動軌跡半徑

3、不同，可知這三束正離子的比荷一定不相同，b正確；若將這三束離子改為帶負電，而其他條件不變的情況下分析受力可知，三束離子在兩板間仍做勻速直線運動，仍能從d孔射出，d正確。3.回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個d形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩d形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中，如圖所示。設(shè)d形盒半徑為r。若用回旋加速器加速質(zhì)子時，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為b，高頻交流電頻率為f。則下列說法正確的是()a質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2frb質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場的電壓大小有關(guān)c高頻電源只能使用矩

4、形交變電流，不能使用正弦式交變電流d不改變b和f，該回旋加速器也能用于加速粒子a由t，t，可得質(zhì)子被加速后的最大速度為2fr，其不可能超過2fr，質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場的電壓大小無關(guān)，選項a正確，b錯誤；高頻電源可以使用正弦式交變電源，選項c錯誤；要加速粒子，高頻交流電周期必須變?yōu)榱Ｗ釉谄渲凶鰣A周運動的周期，即t，選項d錯誤。4.(2019濟寧市模擬)為監(jiān)測某化工廠的含有離子的污水排放情況，技術(shù)人員在排污管中安裝了監(jiān)測裝置，該裝置的核心部分是一個用絕緣材料制成的空腔，其寬和高分別為b和c，左、右兩端開口與排污管相連，如圖所示。在垂直于上、下底面方向加磁感應(yīng)強度大小為b的勻強磁場，在空

5、腔前、后兩個側(cè)面上各有長為a的相互平行且正對的電極m和n，m、n與內(nèi)阻為r的電流表相連。污水從左向右流經(jīng)該裝置時，電流表將顯示出污水排放情況。下列說法中錯誤的是()am板比n板電勢低b污水中離子濃度越高，則電流表的示數(shù)越小c污水流量越大，則電流表的示數(shù)越大d若只增大所加磁場的磁感應(yīng)強度，則電流表的示數(shù)也增大b污水從左向右流動時，根據(jù)左手定則，正、負離子在洛倫茲力作用下分別向n板和m板偏轉(zhuǎn)，故n板帶正電，m板帶負電，a正確。穩(wěn)定時帶電離子在兩板間受力平衡，可得qvbq，此時ubbv，又因流速v，故u，式中q是流量，可見當(dāng)污水流量越大、磁感應(yīng)強度越強時，m、n間的電壓越大，電流表的示數(shù)越大，而與污

6、水中離子濃度無關(guān)，b錯誤，c、d正確。5.(多選)(2019溫州中學(xué)模擬)在半導(dǎo)體離子注入工藝中，初速度可忽略的磷離子p和p3，經(jīng)電壓為u的電場加速后，垂直進入磁感應(yīng)強度大小為b、方向垂直紙面向里、有一定寬度的勻強磁場區(qū)域，如圖所示。已知離子p在磁場中轉(zhuǎn)過30后從磁場右邊界射出。在電場和磁場中運動時，離子p和p3()a在電場中的加速度之比為11b在磁場中運動的半徑之比為21c在磁場中轉(zhuǎn)過的角度之比為12d離開電場區(qū)域時的動能之比為13cd兩個離子的質(zhì)量相同，其帶電荷量之比是13的關(guān)系，所以由a可知，其在電場中的加速度之比是13，故a錯誤；要想知道半徑必須先知道進入磁場的速度，而速度的決定因素是

7、加速電場，所以在離開電場時其速度表達式為：v，可知其速度之比為1。又由qvbm知，r，所以其半徑之比為1，故b錯誤；由b項分析知道，離子在磁場中運動的半徑之比為1，設(shè)磁場寬度為l，離子通過磁場轉(zhuǎn)過的角度等于其圓心角，所以sin ，則可知角度的正弦值之比為1，又p的偏轉(zhuǎn)角度為30，可知p3的偏轉(zhuǎn)角度為60，即在磁場中轉(zhuǎn)過的角度之比為12，故c正確；由電場加速后：qumv2可知，兩離子離開電場的動能之比為13，故d正確。6(多選)如圖所示，為研究某種射線裝置的示意圖。射線源發(fā)出的射線以一定的初速度沿直線射到熒光屏上的中央o點，出現(xiàn)一個亮點。在板間加上垂直紙面向里的磁感應(yīng)強度為b的勻強磁場后，射線在

8、板間做半徑為r的圓周運動，然后打在熒光屏的p點。若在板間再加上一個豎直向下電場強度為e的勻強電場，亮點又恰好回到o點，由此可知該射線粒子()a帶正電b初速度為vc比荷為d比荷為ad由題意知粒子帶正電。由qvbm得reqqvb解得：，故a、d正確。7.(多選)如圖所示，空間存在豎直向上、大小為e的勻強電場和沿水平方向、垂直于紙面向里、大小為b的勻強磁場，一個質(zhì)量為m的帶電小球用長為l的絕緣細線吊著懸于o點，給小球一個水平方向的初速度，小球在豎直面內(nèi)做勻速圓周運動，細線張力不為零；某時刻細線斷開，小球仍做半徑為l的勻速圓周運動，不計小球的大小，重力加速度為g，則()a細線未斷時，小球沿順時針方向運

9、動b小球的帶電荷量為c小球運動的速度大小為d細線未斷時，細線的拉力大小為abd小球做勻速圓周運動，說明電場力與重力等大反向，小球帶正電，qemg，q，b項正確；由于細線斷了以后，小球仍做半徑為l的勻速圓周運動，因此細線未斷時，小球沿順時針方向運動，tqvbm，細線斷了以后小球沿逆時針方向運動，qvbm，得到v，細線的拉力大小t，c項錯誤，a、d項正確。8.(2020江蘇省三校模擬)質(zhì)譜儀裝置原理圖如圖所示，某種帶電粒子經(jīng)電場加速后從小孔o以相同的速率沿紙面射入勻強磁場區(qū)，磁場方向垂直紙面向外，已知從o點射出的粒子有微小發(fā)散角2。且左右對稱。結(jié)果所有粒子落點在乳膠底片的p1p2直線區(qū)間，下列說法

10、正確的是()a打在p2點粒子一定是從o點垂直板射入的粒子b打在p2點粒子一定是從o點右偏射入的粒子c打在p1點粒子一定是從o點左偏射入的粒子d打在p1點粒子一定是在磁場中運動時間最短的粒子a粒子在磁場中做圓周運動，洛倫茲力提供向心力，則有qvb，解得r，由于粒子的速率相同，所以粒子在磁場中做圓周運動的半徑相同。由幾何關(guān)系可得粒子在乳膠底片落點與o點的距離為l2rcos 。當(dāng)發(fā)散角0時，粒子在乳膠底片落點與o點的距離最大，即打在p2點粒子一定是從o點垂直板射入的粒子；當(dāng)發(fā)散角最大時，粒子在乳膠底片落點與o點的距離最小，即打在p1點粒子一定是從o點左偏發(fā)散角最大或右偏發(fā)散角最大射入的粒子，從o點右

11、偏發(fā)散角最大射入的粒子在磁場中運動對應(yīng)的圓心角最小，從o點左偏發(fā)散角最大射入的粒子在磁場中運動對應(yīng)的圓心角最大。根據(jù)tt可知從o點右偏發(fā)散角最大射入的粒子的運動時間最短，從o點左偏發(fā)散角最大射入的粒子的運動時間最長，故選項a正確，b、c、d錯誤。9.如圖所示，邊長為l的等邊三角形adc為兩有界勻強磁場的理想邊界，三角形內(nèi)的磁場方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強度大小為b，三角形外的磁場(足夠大)方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度大小也為b。把粒子源放在頂點a處，它將沿a的角平分線發(fā)射質(zhì)量為m、電荷量為q、初速度為v0的帶電粒子(粒子重力不計)。粒子在磁場中運動的周期為t，對從a射出的粒子()a若帶負電，v0

12、，第一次到達c點所用時間為t1tb若帶負電，v0，第一次到達c點所用時間為t2tc若帶正電，v0，第一次到達c點所用時間為t3td若帶正電，v0，第一次到達c點所用時間為t4ta粒子在磁場中做勻速圓周運動，洛倫茲力提供圓周運動的向心力，甲乙當(dāng)v0，由bqv0有rl，根據(jù)幾何關(guān)系作出運動軌跡，如圖甲所示，根據(jù)軌跡可知，當(dāng)粒子帶正電，粒子經(jīng)過一個周期到達c點，即t3t，選項c錯誤；當(dāng)粒子帶負電，粒子經(jīng)過第一次到達c點，即t1，選項a正確；當(dāng)v0，由bqv0得r，根據(jù)幾何關(guān)系作出軌跡如圖乙所示，由軌跡可知，當(dāng)粒子帶正電，粒子經(jīng)過到達c點，即t4，選項d錯誤；當(dāng)粒子帶負電，粒子經(jīng)過第一次到達c點，即t

13、2，選項b錯誤。10.(2017天津高考)平面直角坐標系xoy中，第象限存在垂直于平面向里的勻強磁場，第象限存在沿y軸負方向的勻強電場，如圖所示。一帶負電的粒子從電場中的q點以速度v0沿x軸正方向開始運動，q點到y(tǒng)軸的距離為到x軸距離的2倍。粒子從坐標原點o離開電場進入磁場，最終從x軸上的p點射出磁場，p點到y(tǒng)軸距離與q點到y(tǒng)軸距離相等。不計粒子重力，問：(1)粒子到達o點時速度的大小和方向；(2)電場強度和磁感應(yīng)強度的大小之比。解析(1)在電場中，粒子做類平拋運動，設(shè)q點到x軸距離為l，到y(tǒng)軸距離為2l，粒子的加速度為a，運動時間為t，有2lv0tlat2設(shè)粒子到達o點時沿y軸方向的分速度為

14、vyvyat設(shè)粒子到達o點時速度方向與x軸正方向夾角為，有tan 聯(lián)立式得45即粒子到達o點時速度方向與x軸正方向成45角斜向上。設(shè)粒子到達o點時速度大小為v，由運動的合成有v聯(lián)立式得vv0。(2)設(shè)電場強度為e，粒子所帶電荷量為q，質(zhì)量為m，粒子在電場中受到的電場力為f，由牛頓第二定律可得fma又fqe設(shè)磁場的磁感應(yīng)強度大小為b，粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑為r，所受的洛倫茲力提供向心力，有qvbm由幾何關(guān)系可知rl聯(lián)立式得。答案(1)v0，速度方向與x軸正方向成45角斜向上(2)11如圖所示，在坐標系xoy平面的x0區(qū)域內(nèi)，存在電場強度大小e2105 n/c、方向垂直于x軸的勻強電場和

15、磁感應(yīng)強度大小b0.2 t、方向與xoy平面垂直向外的勻強磁場。在y軸上有一足夠長的熒光屏pq，在x軸上的m(10 cm,0)點處有一粒子發(fā)射槍向x軸正方向連續(xù)不斷地發(fā)射大量質(zhì)量m6.41027 kg、電荷量q3.21019 c的帶正電粒子(重力不計)，粒子恰能沿x軸做勻速直線運動。若撤去電場，并使粒子發(fā)射槍以m點為軸在xoy平面內(nèi)以角速度2 rad/s順時針勻速轉(zhuǎn)動(整個裝置都處在真空中)。(1)判斷電場方向，求粒子離開發(fā)射槍時的速度；(2)帶電粒子在磁場中運動的軌跡半徑；(3)熒光屏上閃光點的范圍距離；(4)熒光屏上閃光點從最低點移動到最高點所用的時間。解析(1)帶正電粒子(重力不計)在復(fù)

16、合場中沿x軸做勻速直線運動，據(jù)左手定則判定洛倫茲力方向向下，所以電場力方向向上，電場方向向上有qeqvb速度v m/s106 m/s。(2)撤去電場后，有qvbm所以粒子在磁場中運動的軌跡半徑r m0.1 m。(3)粒子運動軌跡如圖所示，若粒子在熒光屏上能最上端打在b點，最下端打在a點由圖可知：doartan 60rdobr所以熒光屏上閃光點的范圍距離為dab(1)r0.273 m。(4)因為粒子在磁場中做圓周運動的周期t6.28107 s所以粒子在磁場中運動的時間可以忽略不計閃光點從最低點移到最高點的過程中，粒子發(fā)射槍轉(zhuǎn)過的圓心角所用的時間t s s0.42 s。答案見解析12(多選)自行車

17、速度計利用霍爾效應(yīng)傳感器獲知自行車的運動速率。如圖甲所示，自行車前輪上安裝一塊磁鐵，輪子每轉(zhuǎn)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(dāng)磁場靠近霍爾元件時，導(dǎo)體內(nèi)定向運動的自由電荷在磁場力作用下偏轉(zhuǎn)，最終使導(dǎo)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一定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ad根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)可知車輪轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速，若再已知自行車車輪的半徑

18、，根據(jù)v2rn即可獲知車速大小，選項a正確；根據(jù)霍爾原理可知qbqv，ubdv，即霍爾電壓只與磁感應(yīng)強度、霍爾元件的厚度以及電子定向移動的速度有關(guān)，與車輪轉(zhuǎn)速無關(guān)，選項b錯誤；圖乙中霍爾元件的電流i可能是由電子定向運動形成的，也可能是由正電荷定向移動形成的，選項c錯誤；如果長時間不更換傳感器的電源，則會導(dǎo)致電子定向移動的速率減小，故霍爾電勢差將減小，選項d正確。13(2020南京高三模擬)如圖甲所示，圓盒為電子發(fā)射器，厚度為h，m處是電子出射口，它是寬度為d、長為圓盒厚度的狹縫。其正視截面如圖乙所示，d為絕緣外殼，整個裝置處于真空中，半徑為a的金屬圓柱a可沿半徑向外均勻發(fā)射速率為v的低能電子；與a同軸放置的金屬網(wǎng)c的半徑為b。不需要電子射出時，可用磁場將電子封閉在金屬