專題10　帶電粒子在多種場中的運動（原卷版）

學而優(yōu)教有方專題10帶電粒子在多種場中的運動1.磁流體發(fā)電機的結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示.把平行金屬板A、B和電阻R連接,A、B之間有很強的磁場,將一束等離子體(即高溫下電離的氣體,含有大量正、負帶電粒子)以速度v噴入磁場,A、B兩板間便產(chǎn)生電壓,成為電源的兩個電極.下列推斷正確的是()A.B板為電源的正極 B.電阻R兩端電壓等于電源的電動勢C.若減小兩極板的距離,則電源的電動勢會減小D.若增加兩極板的正對面積,則電源的電動勢會增加2.(多選)加速器是當代科研、醫(yī)療等領(lǐng)域必需的設(shè)備,如圖所示為回旋加速器的原理圖,其核心部分是兩個半徑均為R的中空半圓金屬D形盒,并處于垂直于盒底的磁感應強度為B的勻強磁場中.現(xiàn)接上電壓為U的高頻交流電源后,狹縫中形成周期性變化的電場,使圓心處的帶電粒子在通過狹縫時都能得到加速.若不考慮相對論效應、重力和在狹縫中運動的時間,下列說法正確的是()A.高頻交流電周期是帶電粒子在磁場中運動周期的2倍B.U越大,帶電粒子最終射出D形盒時的速度就越大C.帶電粒子在加速器中能獲得的最大動能只與B、R有關(guān)D.若用該回旋加速器分別加速不同的帶電粒子,可能要調(diào)節(jié)交變電場的頻率3.2020年爆發(fā)了新冠肺炎病毒,該病毒傳播能力非常強,因此研究新冠肺炎病毒株的實驗室必須是全程都在高度無接觸物理防護性條件下操作.武漢病毒研究所是我國防護等級最高的P4實驗室,在該實驗室中有一種污水流量計,其原理可以簡化為如圖所示模型:廢液內(nèi)含有大量正、負離子,從直徑為d的圓柱形容器右側(cè)流入,左側(cè)流出.流量值Q等于單位時間通過橫截面的液體的體積.空間有垂直紙面向里的磁感應強度為B的勻強磁場,下列說法正確的是()A.帶電粒子所受洛倫茲力方向是水平向左B.正、負粒子所受洛倫茲力方向是相同的C.污水流量計也可以用于測量不帶電的液體的流速D.只需要測量MN兩點電壓就能夠推算廢液的流量4.(多選)如圖所示,電荷量相等的兩種離子氖20和氖22從容器A下方的狹縫S1飄入(初速度為零)電場區(qū),經(jīng)電場加速后通過狹縫S2、S3垂直于磁場邊界MN射入勻強磁場,磁場方向垂直紙面向里,離子經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后發(fā)生分離,最終到達照相底片D上.不考慮離子間的相互作用,則()A.電場力對每個氖20和氖22做的功相等B.氖22進入磁場時的速度較大 C.氖22在磁場中運動的半徑較小D.若加速電壓發(fā)生波動,兩種離子打在照相底片上的位置可能重疊5.(多選)如圖所示,直線MN兩側(cè)分布著垂直紙面向里的勻強磁場,左側(cè)磁場磁感應強度為B1,右側(cè)磁感應強度為B2,2B1=3B2=6T.一個帶正電的粒子,比荷為1×106C/kg,從O點以v0=4×104m/s的速度垂直于MN進入右側(cè)的磁場區(qū)域,邊界MN上的P點位于O點上方4cm處,不計離子重力,則粒子從進入磁場到通過P點所用的時間可能為()A.π4×10-6s B.π2×10-6s C.5π4×10-6s D.5π6.(多選)如圖所示,對角線CE將矩形區(qū)域CDEF分成兩個相同的直角三角形區(qū)域,I、Ⅱ內(nèi)分別充滿了方向相反、磁感應強度大小均為B的勻強磁場,已知CD=FE=L、DE=CF=3L,質(zhì)量為m,帶電荷量為q的正電荷從A點(DA=33L)以一定的速度平行于DC方向垂直進入磁場,并從CF上的Q點(圖中未畫出)垂直CF離開磁場,電荷重力不計.則()A.CQ=233L B.CQ=33L C.v=7.(多選)如圖所示,在范圍足夠大、磁感應強度為B的垂直紙面向里的水平勻強磁場內(nèi),固定著傾角θ=30°的足夠長絕緣斜面.一個質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電小物塊置于斜面的頂端處于靜止狀態(tài),現(xiàn)增加一水平向左的場強E=3mgq的勻強電場.設(shè)滑動時小物塊的電荷量不變,從加入電場開始計時,小物塊的摩擦力f大小與時間t、加速度大小a與時間t的關(guān)系圖像可能正確的是()8.如圖1所示,豎直面內(nèi)矩形ABCD區(qū)域內(nèi)存在磁感應強度按如圖2所示的規(guī)律變化的磁場(規(guī)定垂直紙面向外為正方向),區(qū)域邊長AB=3AD.一帶正電的粒子從A點沿AB方向以速度v0射入磁場,在T1時刻恰好能從C點平行DC方向射出磁場.現(xiàn)在把磁場換成按如圖3所示規(guī)律變化的電場(規(guī)定豎直向下為正方向),相同的粒子仍以速度v0從A點沿AB方向射入電場,在T2時刻恰好能從C點平行DC方向射出電場.不計粒子重力,則磁場的變化周期T1和電場的變化周期T2之比為()A.1∶1 B.23π∶3 C.23π∶9 D.3π∶99.如圖所示,半徑為R=mv0(1)若粒子對準圓心射入,且速率為3v0,求它在磁場中運動的時間;(2)若粒子以速度v0從P點以任意角入射,證明它離開磁場時的速度均與y軸垂直;(3)求(1)中的粒子兩次經(jīng)過y軸時位置間的距離和離開電場時速度的大小.10.如圖所示為分析研究同位素的重要工具——質(zhì)譜儀,其加速電壓為U0,放置感光膠片區(qū)域MN=L,NQ=13L,OM=L.第一次,在A處使某種離子無初速地飄入加速度電場,從O處垂直進入磁感應強度為B的磁場中,最后打在膠片上M處引起感光黑點.第二次,加速電荷量相同、質(zhì)量分別為m1和m2(m1<m2(1)打在M處離子的比荷;(2)要使原本打在M處離子能打到QN區(qū)域所需要的加速電壓U;(3)在膠片上能分開不垂直進入磁場的兩種離子,夾角α的最大值.11.如圖所示,在xOy平面內(nèi)y軸右側(cè)有一范圍足夠大的勻強磁場,磁感應強度大小為B,磁場方向垂直紙面向外;分成Ⅰ和Ⅱ兩個區(qū)域,Ⅰ區(qū)域的寬度為d,右側(cè)磁場Ⅱ區(qū)域還存在平行于xOy平面的勻強電場,場強大小為E=B2qd2m(1)某粒子從O運動到O'的時間;(2)在Ⅰ區(qū)域內(nèi)粒子可能出現(xiàn)的區(qū)域面積;(3)粒子在Ⅱ區(qū)域運動,當?shù)谝淮嗡俣葹榱銜r所處的y軸坐標.12.如圖甲所示,一對平行金屬板C、D相距為d,O、O1為兩板上正對的小孔,緊貼D板右側(cè)存在上下范圍足夠大、寬度為L的有界勻強磁場區(qū),磁場方向垂直紙面向里,MN、GH是磁場的左、右邊界.現(xiàn)有質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子從O孔進入C、D板間,粒子初速度和重力均不計.(1)C、D板間加恒定電壓U,C板為正極板,求板間勻強電場的場強大小E和粒子從O運動到O1的時間t;(2)C、D板間加如圖乙所示的電壓,U0為