高考物理一輪復(fù)習(xí) 微專題13 帶電粒子在組合場中的運動練習(xí) 新人教版

1、微專題十三 帶電粒子在組合場中的運動a級基礎(chǔ)練1(08786933)(2018·河南洛陽期末統(tǒng)考)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(jìn)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，能夠正確反映x與u之間的函數(shù)關(guān)系的是() 解析：b在電場中uqmv2，解得v ，x ，所以能夠正確反映x與u之間的函數(shù)關(guān)系的是b圖2(08786934)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

2、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解析：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流，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，故d錯誤3(08786935

3、)(2018·山東濟南一模)質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖所示粒子源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(jìn)入有界勻強磁場(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點的距離之比為54.則它們在磁場中運動的時間之比是()a54b45c2516 d1625解析：c在電場中uqmv2，解得v，打在照相底片上的點到入射點的距離d ，對于同位素，電荷量q相同，兩電荷的質(zhì)量之比為，它們在磁場中運動的時間為半個周期，t，所以運動時間之比為，c正確4(0878693

4、6)(2018·杭州一中模擬)如圖所示，兩導(dǎo)體板水平放置，兩板間的電勢差為u，帶電粒子以某一初速度v0沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入，穿過兩板后又垂直于磁場方向射入邊界線豎直的勻強磁場，則粒子射入磁場和射出磁場的m、n兩點間的距離d隨著u和v0的變化而變化情況為()ad隨v0的增大而增大，d與u無關(guān)bd隨v0的增大而增大，d隨u的增大而增大cd隨u的增大而增大，d與v0無關(guān)dd隨v0的增大而增大，d隨u的增大而減小解析：a帶電粒子射出電場時速度的偏轉(zhuǎn)角為，運動軌跡如圖所示，有：cos ，又r，而d2rcos 2cos ，選項a正確5(08786937)如圖所示為一種獲得高能粒子的

5、裝置環(huán)形加速器，環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強磁場質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子在環(huán)中做半徑為r的圓周運動a、b為兩塊中心開有小孔的極板，原來電勢都為零，每當(dāng)粒子飛經(jīng)a板時，a板電勢升高為u，b板電勢仍保持為零，粒子在兩極板間的電場中加速每當(dāng)粒子離開電場區(qū)域時，a板電勢又降為零，粒子在電場一次次加速下動能不斷增大，而在環(huán)形區(qū)域內(nèi)繞行半徑不變(設(shè)極板間距遠(yuǎn)小于r)下列關(guān)于環(huán)形加速器的說法中正確的是() a環(huán)形區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強度大小bn與加速次數(shù)n之間的關(guān)系為b環(huán)形區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強度大小bn與加速次數(shù)n之間的關(guān)系為 ca、b板之間的電壓可以始終保持不變d粒子每次繞行一圈所需的時間tn與加速次數(shù)n之間

6、的關(guān)系為 解析：b因粒子每繞行一圈，其增加的能量為qu，所以，繞行第n圈時獲得總動能為mvnqu，得第n圈的速度vn .在磁場中，由牛頓第二定律得qbnvnm，解得bn ，所以 ，a錯誤，b正確；如果a、b板之間的電壓始終保持不變，粒子在a、b兩極板之間飛行時，電場力對其做功為qu，從而使之加速，在磁場內(nèi)飛行時，電場又對粒子做功qu，從而使之減速粒子繞行一周電場對其所做總功為零，動能不會增加，達(dá)不到加速效果，c錯誤；根據(jù)t得tn2r ，得 ，d錯誤6(08786938)如圖所示，在第象限內(nèi)有水平向右的勻強電場，電場強度為e，在第、象限內(nèi)分別存在如圖所示的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小相等有一個帶電粒

7、子以垂直于x軸的初速度v0從x軸上的p點進(jìn)入勻強電場中，并且恰好與y軸的正方向成45°角進(jìn)入磁場，又恰好垂直于x軸進(jìn)入第象限的磁場已知op之間的距離為d，則帶電粒子在磁場中第二次經(jīng)過x軸時，在電場和磁場中運動的總時間為() a. b.(25)c. d.解析：d帶電粒子的運動軌跡如圖所示由題意知，帶電粒子到達(dá)y軸時的速度vv0，這一過程的時間t1.又由題意知，帶電粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)軌道半徑r2d.故知帶電粒子在第象限中的運動時間為：t2.帶電粒子在第象限中運動的時間為：t3故t總.7(08786939)(多選)(2018·鄂豫晉冀陜五省第一次聯(lián)考)某型號的回旋加速器的工作原理

8、圖如圖甲所示，圖乙為俯視圖回旋加速器的核心部分為d形盒，d形盒置于真空容器中，整個裝置放在電磁鐵兩極之間的磁場中，磁場可以認(rèn)為是勻強磁場，且與d形盒盒面垂直兩盒間狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可以忽略不計質(zhì)子從粒子源a處進(jìn)入加速電場的初速度不計，從靜止開始加速到出口處所需的時間為t，已知磁場的磁感應(yīng)強度大小為b，質(zhì)子質(zhì)量為m、電荷量為q，加速器接一高頻交流電源，其電壓為u，可以使質(zhì)子每次經(jīng)過狹縫都能被加速，不考慮相對論效應(yīng)和重力作用則下列說法正確的是()a質(zhì)子第一次經(jīng)過狹縫被加速后，進(jìn)入d形盒運動軌道的半徑r bd形盒半徑r c質(zhì)子能夠獲得的最大動能為d加速質(zhì)子時的交流電源頻率與加速粒子的交流電

9、源頻率之比為11解析：ab由uqmv2和r，解得r ，a正確設(shè)帶電粒子在磁場中轉(zhuǎn)的圈數(shù)為n，則n，帶電粒子在電場中加速的次數(shù)為2n，獲得的最大速度為vm，則uq·2nmv，得vm ，d形盒的半徑為r，三式聯(lián)立解得r ，b正確；質(zhì)子能夠獲得的最大動能為ekm2nuq，c錯誤；交流電源頻率f，加速質(zhì)子時的交流電源頻率與加速粒子的交流電源頻率之比為21，d錯誤8(08786940)(多選)(2018·蘇北三市一模)如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成若靜電分析器通道中心線的半徑為r，通道內(nèi)均勻輻射電場在中心線處的電場強度大小為e，磁分析器有范圍足夠大的

10、有界勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為b、方向垂直紙面向外一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿中心線通過靜電分析器，由p點垂直邊界進(jìn)入磁分析器，最終打到膠片上的q點不計粒子重力下列說法中正確的是() a極板m比極板n電勢高b加速電場的電壓uerc直徑pq2bd若一群離子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點，則該群離子具有相同的比荷解析：ad粒子在靜電分析器內(nèi)沿電場線方向偏轉(zhuǎn)，說明粒子帶正電荷，極板m比極板n電勢高，選項a正確；由uqmv2和eq可得u，選項b錯誤；直徑pq2r2，可見只有比荷相同的粒子才能打在膠片上的同一點，選項c錯誤，d正確b級能力練9(08786941)(多

11、選)如圖所示，l1和l2為兩條平行的虛線，l1上方和l2下方都是垂直紙面向外的磁感應(yīng)強度相同的勻強磁場，a、b兩點都在l1上帶電粒子從a點以初速v斜向下與l1成45°角射出，經(jīng)過偏轉(zhuǎn)后正好過b點，經(jīng)過b點時速度方向也斜向下，且方向與a點方向相同不計重力影響，下列說法中正確的是()a該粒子一定帶正電b該粒子一定帶負(fù)電c若將帶電粒子在a點時初速度變大(方向不變)，它仍能經(jīng)過b點d若將帶電粒子在a點時初速度變小(方向不變)，它也能經(jīng)過b點解析：cd無論是帶正電還是帶負(fù)電粒子都能到達(dá)b點，畫出粒子運動的軌跡，正粒子在l1上方磁場中運動t，在l2下方磁場中運動t，負(fù)粒子在l1上方磁場中運動t，

12、在l2下方磁場中運動，t；速度變化不影響粒子經(jīng)過b點，選c、d.10(08786942)(多選)如圖所示，兩個重心重合的正三角形容器內(nèi)分別存在著垂直于紙面向里和垂直于紙面向外的勻強磁場，已知內(nèi)部三角形容器abc邊長為2a，內(nèi)部磁感應(yīng)強度大小為b，且每條邊的中點開有一個小孔有一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的粒子從ab邊中點d垂直ab進(jìn)入內(nèi)部磁場如果要使粒子恰好不經(jīng)過碰撞在磁場中運動一段時間后又能從d點射入，下列說法正確的是() a容器abc與abc之間的磁感應(yīng)強度大小也為bb容器abc的邊長為2ac粒子的速度大小為d粒子再次回到d點的最短時間為解析：acd根據(jù)題意可畫出如圖所示粒子運動的軌跡圖，要想使

13、粒子恰好不經(jīng)過碰撞在磁場中運動一段時間后又能從d點射入，容器abc與abc之間的磁感應(yīng)強度大小也為b，選項a正確；利用幾何知識可知容器abc的邊長為2a2a，選項b錯誤；因軌道半徑ra，所以v，選項c正確；粒子再次回到d點的最短時間為t×，選項d正確11(08786943)如圖所示，在xoy平面內(nèi)，第象限內(nèi)的直線om是電場與磁場的分界線，om與x軸的負(fù)方向成45°角，在x0且om的左側(cè)空間存在著垂直紙面向里的勻強磁場b，磁感應(yīng)強度大小為0.1 t；在y0且om的右側(cè)空間存在著沿y軸正方向的勻強電場e，場強大小為0.32 n/c.一不計重力的帶負(fù)電微粒，從坐標(biāo)原點o沿x軸負(fù)方

14、向以v02×103 m/s的初速度進(jìn)入磁場，最終離開電、磁場區(qū)域已知微粒的電荷量q5×1018 c，質(zhì)量m1×1024 kg.求：(1)帶電微粒在磁場中做圓周運動的半徑；(2)帶電微粒第一次進(jìn)入電場前運動的時間；(3)帶電微粒第二次進(jìn)入電場后在電場中運動的水平位移解析：(1)帶電微粒從o點射入磁場，運動軌跡如圖所示第一次經(jīng)過磁場邊界上的a點由qv0bm得r4×103 m.(2)帶電微粒在磁場中經(jīng)圓周第一次進(jìn)入電場，經(jīng)歷的時間toat，而圓周運動的周期為t代入數(shù)據(jù)解得toa3.14×106 s.(3)微粒從c點垂直y軸進(jìn)入電場，做類平拋運動，設(shè)在

15、電場中運動的水平位移為x，豎直位移為y，則x方向上，xv0t1，y方向上，yat，而y2r，又有qema.代入數(shù)據(jù)解得x0.2 m.答案：(1)4×103 m(2)3.14×106 s(3)0.2 m12(08786944)如圖所示，在光滑絕緣的水平桌面上建立一xoy坐標(biāo)系，平面處在周期性變化的電場和磁場中，電場和磁場的變化規(guī)律如圖所示(規(guī)定沿y方向為電場強度的正方向，豎直向下為磁感應(yīng)強度的正方向)在t0時刻，一質(zhì)量為10 g、電荷量為0.1 c且不計重力的帶電金屬小球自坐標(biāo)原點o處，以v02 m/s的速度沿x軸正方向射出已知e00.2 n/c，b00.2 t求：(1)t1

16、 s末時，小球速度的大小和方向；(2)12 s內(nèi)，金屬小球在磁場中做圓周運動的半徑和周期；(3)(2n1)s2n s(n1,2,3，)內(nèi)金屬小球運動至離x軸最遠(yuǎn)點的位置坐標(biāo)解析：(1)在01 s內(nèi)，金屬小球在電場力作用下做類平拋運動，在x軸方向上做勻速運動vxv0在y方向上做勻加速運動vyt11 s末粒子的速度v12 m/s設(shè)v1與x軸正方向的夾角為，則tan ，45°.(2)在12 s內(nèi)，粒子在磁場中做圓周運動，由牛頓第二定律得qv1b0得r1 m粒子做圓周運動的周期t 1 s.(3)粒子運動軌跡如圖甲所示甲(2n1) s末粒子的坐標(biāo)為xv0n2n(m)yan2··n2n2 (m)此時粒子的速度為vn 2 m/s，tan n帶電粒子在(2n1)s2n s(n1,2,3，)內(nèi)做圓周運動的軌跡如圖乙所示乙半徑rn m(2n1) s2n s(n1,2,3，)內(nèi)粒子運動至離x軸最遠(yuǎn)點坐標(biāo)為x