高考物理備考30分鐘課堂集訓(xùn)系列專(zhuān)題8 復(fù)合場(chǎng)中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)

1、專(zhuān)題8 復(fù)合場(chǎng)中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)一、選擇題(本大題共9個(gè)小題，共63分，每小題至少有一個(gè)選項(xiàng)正確，全部選對(duì)的得7分，選對(duì)但不全的得4分，有選錯(cuò)的得0分)1關(guān)于回旋加速器加速帶電粒子所獲得的能量，下列結(jié)論中正確的是 ()A與加速器的半徑有關(guān)，半徑越大，能量越大B與加速器的磁場(chǎng)有關(guān)，磁場(chǎng)越強(qiáng)，能量越大C與加速器的電場(chǎng)有關(guān)，電場(chǎng)越強(qiáng)，能量越大D與帶電粒子的質(zhì)量和電荷量均有關(guān)，質(zhì)量和電荷量越大，能量越大解析：回旋加速器中的帶電粒子旋轉(zhuǎn)半徑與能量有關(guān)，速度越大，半徑越大達(dá)到最大速度v時(shí)，半徑增大到最大R，能量最大粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，滿(mǎn)足qvB，則v，故Ekmv2.R越大，能量越大，A正確；

2、B越大，能量越大，B正確Ek與加速器的電場(chǎng)無(wú)關(guān)，C不正確；質(zhì)量m變大時(shí)，Ek變小，D錯(cuò)答案：AB2在某地上空同時(shí)存在著勻強(qiáng)的電場(chǎng)與磁場(chǎng)，一質(zhì)量為m的帶正電小球，在該區(qū)域內(nèi)沿水平方向向右做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，如圖1所示，關(guān)于場(chǎng)的分布情況可能的是 ()A該處電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向重合B電場(chǎng)豎直向上，磁場(chǎng)垂直于紙面向里C電場(chǎng)斜向里側(cè)上方，磁場(chǎng)斜向外側(cè)上方，均與v垂直D電場(chǎng)水平向右，磁場(chǎng)垂直于紙面向里解析：帶電小球在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一定受重力和電場(chǎng)力，是否受洛倫茲力需具體分析A選項(xiàng)中若電場(chǎng)、磁場(chǎng)方向與速度方向垂直，則洛倫茲力與電場(chǎng)力垂直，如果它們與重力的合力為0，小球就會(huì)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)B選項(xiàng)中電場(chǎng)力、洛倫茲力都向上，若它們

3、與重力的合力為0，小球也會(huì)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)C選項(xiàng)中電場(chǎng)力斜向里側(cè)上方，洛倫茲力向外側(cè)下方，若它們與重力的合力為0，小球就會(huì)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)D選項(xiàng)三個(gè)力的合力不可能為0，因此選項(xiàng)A、B、C正確 答案：ABC3(2010·濟(jì)寧模擬)某空間存在著如圖2所示的水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，A、B兩個(gè)物塊疊放在一起，并置于光滑的絕緣水平地面上物塊A帶正電，物塊B為不帶電的絕緣塊水平恒力F作用在物塊B上，使A、B一起由靜止開(kāi)始向左運(yùn)動(dòng)在A、B一起向左運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，A、B始終保持相對(duì)靜止以下關(guān)于A、B受力情況的說(shuō)法中正確的是()AA對(duì)B的壓力變小 BB、A間的摩擦力保持不變CA對(duì)B的摩擦力變大 DB對(duì)地面的壓力保持不變

4、解析：由牛頓第二定律：F(mAmB)a，a，A、B間摩擦力FfmAaF，保持不變，B正確，C錯(cuò)由左手定則可知，A受洛倫茲力向下，所以A對(duì)B、B對(duì)地面的壓力均變大，A、D錯(cuò)，故應(yīng)選B.答案：B4一重力不計(jì)的帶電粒子以初速度v0(v0<)先后穿過(guò)寬度相同且相鄰的有明顯邊界的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，如圖3甲所示，電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)粒子總共做功W1；若把電場(chǎng)和磁場(chǎng)正交疊加，如圖3乙所示，粒子仍以v0的初速度穿過(guò)疊加場(chǎng)區(qū)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)粒子總共做功W2，比較W1、W2的大小()圖3A一定是W1W2B一定是W1>W2C一定是W1<W2D可能是W1>W2, 也可能是W1<W2解析：無(wú)論

5、粒子帶何種電荷，電場(chǎng)力和洛倫茲力的方向總是相反的，因此，把電場(chǎng)和磁場(chǎng)正交疊加時(shí)，粒子在電場(chǎng)力方向上的位移減小了，電場(chǎng)力做的功比原來(lái)小了，即W2<W1，B項(xiàng)正確 答案：B5(2011·青島模擬)環(huán)形對(duì)撞機(jī)是研究高能粒子的重要裝置，如圖4所示，正、負(fù)離子由靜止經(jīng)過(guò)電壓為U的直線(xiàn)加速器加速后，沿圓環(huán)切線(xiàn)方向注入對(duì)撞機(jī)的真空環(huán)狀空腔內(nèi)，空腔內(nèi)存在著與圓環(huán)平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.兩種帶電粒子將被局限在環(huán)狀空腔內(nèi)，沿相反方向做半徑相等的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從而在碰撞區(qū)迎面相撞為維持帶電粒子在環(huán)狀空腔中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()圖4A對(duì)于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷越大

6、，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大B對(duì)于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越小C對(duì)于給定的帶電粒子，加速電壓U越大，粒子運(yùn)動(dòng)的周期越大D對(duì)于給定的帶電粒子，不管加速電壓U多大，粒子運(yùn)動(dòng)的周期都不變解析：在加速器中qUmv2，在環(huán)狀空腔內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r，即r ，所以在半徑不變的條件下越大，B越小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤B正確；粒子在空腔內(nèi)的周期T，故加速電壓越大，粒子的速率v越大，其周期越小，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤答案：B6如圖5所示，質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電液滴從h高處自由下落，進(jìn)入一個(gè)互相垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直于紙面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電場(chǎng)強(qiáng)度為E.已知液滴在此區(qū)域中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則

7、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r為()A. B. C. D.解析：液滴進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)的速度v，液滴在重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，滿(mǎn)足mgqE，qvBm，可得A、C選項(xiàng)正確答案：AC7(2011·佛山模擬)如圖6所示，某一真空室內(nèi)充滿(mǎn)豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)E，在豎直平面內(nèi)建立坐標(biāo)系xOy，在y<0的空間里有與場(chǎng)強(qiáng)E垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，在y>0的空間內(nèi)， 將一質(zhì)量為m的帶電液滴(可視為質(zhì)點(diǎn))自由釋放，此液滴則沿y軸的負(fù)方向，以加速度a2g(g為重力加速度)做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)液滴運(yùn)動(dòng)到坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，被安置在原點(diǎn)的一個(gè)裝置瞬間改變了帶電性質(zhì)(液滴所帶電荷量和質(zhì)量均不變)，隨后液滴進(jìn)入y&l

8、t;0的空間運(yùn)動(dòng)液滴在y<0的空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 ()A重力勢(shì)能一定不斷減小B電勢(shì)能一定先減小后增大C動(dòng)能不斷增大 D動(dòng)能保持不變解析：帶電液滴在y>0的空間內(nèi)以加速度a2g做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，可知液滴帶正電，且電場(chǎng)力等于重力，當(dāng)液滴運(yùn)動(dòng)到坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)變?yōu)樨?fù)電荷，液滴進(jìn)入y <0的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力等于重力，液滴做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，重力勢(shì)能先減小后增大，電場(chǎng)力先做負(fù)功后做正功，電勢(shì)能先增大后減小，動(dòng)能保持不變，故選D.答案：D8場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)正交，復(fù)合場(chǎng)的水平寬度為d，豎直方向足夠長(zhǎng)，如圖7所示現(xiàn)有一束帶電荷量為q、質(zhì)量為m的粒子以各不相同的初速度v0沿

9、電場(chǎng)方向射入場(chǎng)區(qū)，則那些能飛出場(chǎng)區(qū)的粒子的動(dòng)能增量Ek可能為()Adq(EB)B.CqEdD0解析：粒子可從左側(cè)飛出或從右側(cè)飛出場(chǎng)區(qū)，由于洛倫茲力不做功，電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)，所以從左側(cè)飛出時(shí)Ek0，從右側(cè)飛出時(shí)EkEqd，選項(xiàng)C、D正確答案：CD9如圖8所示，Q1、Q2帶等量正電荷，固定在光滑的絕緣桿的兩端，桿上套一帶正電的小球，桿所在的區(qū)域同時(shí)存在一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向如圖所示，小球的重力不計(jì)現(xiàn)將小球從圖示位置由靜止釋放，在小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是()A小球的速度將一直增大B小球的加速度將不斷變化C小球所受洛倫茲力將一直增大D小球所受洛倫茲力大小變化，方向不變解析：Q1、Q2連線(xiàn)上中

10、點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度為零，從中點(diǎn)向兩側(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度增大且方向都指向中點(diǎn)，故小球所受電場(chǎng)力總是指向中點(diǎn)，又因桿光滑，所以小球?qū)⒆鲫P(guān)于Q1Q2連線(xiàn)中點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，中點(diǎn)位置速度最大，兩端速度為零，所以洛倫茲力的大小和方向都不斷變化由以上分析可知B項(xiàng)正確答案：B二、非選擇題(本大題共3個(gè)小題，共37分，解答時(shí)應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和演算步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)10(11分)如圖9所示，一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小球以水平初速度v0從離地高為h的地方做平拋運(yùn)動(dòng)，落地點(diǎn)為N，不計(jì)空氣阻力，求：(1)若在空間加一個(gè)豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，使小球沿水平方向做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，則場(chǎng)強(qiáng)E為多大？(2)若在空間再

11、加上一個(gè)垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，小球的落地點(diǎn)仍為N，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多大？ 解析：(1)由于小球受電場(chǎng)力和重力且做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，故qEmg，所以E.(2)再加上勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，由于重力與電場(chǎng)力平衡，故小球在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)R由幾何關(guān)系得：R2x2(Rh)2其中xv0tv0由以上幾式解得：B.答案：(1)(2)11(12分)(2010·合肥模擬)質(zhì)譜儀可測(cè)定同位素的組成現(xiàn)有一束一價(jià)的鉀39和鉀41離子經(jīng)電場(chǎng)加速后，沿著與磁場(chǎng)和邊界均垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖10所示測(cè)試時(shí)規(guī)定加速電壓大小為U0，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加速電壓有較小的波動(dòng)，可能偏大或偏小U.為使鉀39和鉀41打在照相底片上的區(qū)域不重疊，U不得超過(guò)多少？(不計(jì)離子的重力)解析：設(shè)加速電壓為U，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電荷的電荷量為q，質(zhì)量為m，運(yùn)動(dòng)半徑為R，則由qUmv2，qvBm，解得R 由此式可知，在B、q、U相同時(shí)，m小的半徑小，所以鉀39半徑小，鉀41半徑大；在m、B、q相同時(shí)，U大半徑大設(shè)：鉀39質(zhì)量為m1，電壓為U0U時(shí)，最大半徑為R1；鉀41質(zhì)量為m2，電壓為U0U時(shí)，鉀41最小半徑為R2.則R1 R2 令R1R2，則m1(U0U)m2(U0U)解得：UU0U0U0.答案：U012(14分)如圖11所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域是緊鄰的，且寬度相等均為d，