《（新課標(biāo)）2020年高考物理一輪總復(fù)習(xí) 第九章 第四講 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí)（含解析）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（新課標(biāo)）2020年高考物理一輪總復(fù)習(xí) 第九章 第四講 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí)（含解析）（7頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) [A組·基礎(chǔ)題] 1．(2017·全國(guó)卷Ⅰ)如圖，空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向上(與紙面平行)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，三個(gè)帶正電的微粒a，b，c電荷量相等，質(zhì)量分別為ma，mb，mc，已知在該區(qū)域內(nèi)，a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)．下列選項(xiàng)正確的是( B ) A．ma>mb>mc B．mb>ma>mc C．mc>ma>mb D．mc>mb>ma 2．質(zhì)譜儀是一種測(cè)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

2、出來(lái)時(shí)速度很小，可忽略不計(jì)．粒子經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)加速后垂直進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中線框所示)，最終打到照相底片上．測(cè)得甲、乙兩種粒子打在照相底片上的點(diǎn)到入射點(diǎn)的距離之比為5∶4.則它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比是( C ) A．5∶4　　　　 B．4∶5 C．25∶16 D．16∶25 3．(多選)某型號(hào)的回旋加速器的工作原理圖如圖甲所示，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(gè)裝置放在電磁鐵兩極之間的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)可以認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且與D形盒面垂直．兩盒間狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可以忽略不計(jì)．質(zhì)子從粒子源A處進(jìn)入加速電場(chǎng)的初速度不計(jì)，從靜止開(kāi)始加速到出口

3、處所需的時(shí)間為t，已知磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(guò)狹縫都能被加速，不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力作用．則下列說(shuō)法正確的是( AB ) A．質(zhì)子第一次經(jīng)過(guò)狹縫被加速后，進(jìn)入D形盒運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑r＝ B．D形盒半徑R＝ C．質(zhì)子能夠獲得的最大動(dòng)能為 D．加速質(zhì)子時(shí)的交流電源頻率與加速α粒子的交流電源頻率之比為1∶1 4．(多選) 如圖所示，甲是一個(gè)帶正電的小物塊，乙是一個(gè)不帶電的絕緣物塊，甲、乙疊放在一起靜置于粗糙的水平地板上，地板上方空間有水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．現(xiàn)用水平恒力拉乙物塊，使甲、乙一起保持相對(duì)靜止向左

4、加速運(yùn)動(dòng)，在加速運(yùn)動(dòng)階段，下列說(shuō)法正確的是( ACD ) A．甲對(duì)乙的壓力不斷增大 B．甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷增大 C．乙對(duì)地板的壓力不斷增大 D．甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷減小 5．(多選)如圖所示，兩平行金屬板水平放置，開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)S合上使平行板電容器帶電．板間存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一個(gè)不計(jì)重力的帶電粒子恰能以水平向右的速度沿直線通過(guò)兩板．在以下方法中，能使帶電粒子仍沿水平直線通過(guò)兩板的是( BD ) A．將兩板的距離增大一倍，同時(shí)將磁感應(yīng)強(qiáng)度增大一倍 B．將兩板的距離減小一半，同時(shí)將磁感應(yīng)強(qiáng)度增大一倍 C．將開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，兩板間的正對(duì)面積減小一半，同時(shí)將板

5、間磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度減小一半 D．將開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，兩板間的正對(duì)面積減小一半，同時(shí)將板間磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大一倍 6．(2019·河南中原名校質(zhì)檢)如圖所示，空間分布著有理想邊界的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)．區(qū)域Ⅰ勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E、方向豎直向上，寬度為L(zhǎng)，區(qū)域Ⅱ勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向外；區(qū)域Ⅲ勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小也為B，方向垂直紙面向里，一個(gè)不計(jì)重力的帶正電的粒子，其比荷為＝，從電場(chǎng)的下邊緣的O點(diǎn)由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)區(qū)域Ⅱ進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅲ后，又回到原點(diǎn)，然后重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程． (1)為使粒子能完成上述運(yùn)動(dòng)，區(qū)域Ⅲ的最小寬度為多大？ (2)粒子從O點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)全過(guò)程的周期T

6、為多大？(結(jié)果用B、E、L、 π的最簡(jiǎn)形式表示) 解析：(1)電場(chǎng)中加速qEL＝mv2① 磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)qvB＝m② 粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，三段圓弧的圓心連線組成等邊三角形，則區(qū)域Ⅲ的最小寬度d＝R＋Rsin60°③ 聯(lián)立①②③解得d＝(2＋)L； (2)在電場(chǎng)中L＝t④ 磁場(chǎng)中T＝⑤ 總時(shí)間t＝2t1＋＝. 答案：(1)(2＋)L　(2) [B組·能力題] 7．質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，其構(gòu)造原理如圖所示，離子源S產(chǎn)生質(zhì)量為m、電荷量為q、初速度為0的某種正離子，離子經(jīng)過(guò)電壓U加速后形成離子流，然后從S1處垂直于磁場(chǎng)進(jìn)入矩形ABCD區(qū)域內(nèi)的勻強(qiáng)

7、磁場(chǎng)中，運(yùn)動(dòng)半周到達(dá)記錄它的照相底片上的P點(diǎn)，已知P與S1的距離為x，離子形成的等效電流為I.求： (1)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度； (2)在時(shí)間t內(nèi)到達(dá)照相底片P上的離子個(gè)數(shù)． 解析：(1)加速過(guò)程中有qU＝mv2， 在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)過(guò)程中有x＝2R， qvB＝m. 聯(lián)立上式解得：B＝，由左手定則可判斷出磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外． (2)時(shí)間t內(nèi)，n＝，又Q＝It，可得n＝. 答案：(1)B＝ ，方向垂直于紙面向外　(2) 8．如圖，靜止于A處的離子，經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿圖中圓弧虛線通過(guò)靜電分析器，從P點(diǎn)垂直CF進(jìn)入矩形區(qū)域的有界勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)方向水平向左．靜電分析器通道內(nèi)有均勻輻射分

8、布的電場(chǎng)，已知圓弧虛線的半徑為R，其所在處電場(chǎng)強(qiáng)度為E，方向如圖所示．離子質(zhì)量為m、電荷量為q，＝2d，＝3d，離子重力不計(jì)． (1)求加速電場(chǎng)的電壓U； (2)若離子恰好能打在Q點(diǎn)上，求矩形區(qū)域QFCD內(nèi)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E0的值； (3)若撤去矩形區(qū)域QFCD內(nèi)的勻強(qiáng)電場(chǎng)，換為垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，要求離子能最終打在QF上，求磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的取值范圍． 解析：(1)離子在電場(chǎng)中加速，據(jù)動(dòng)能定理有qU＝mv2. 離子在輻向電場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力提供向心力，由牛頓第二定律可得qE＝m. 解得加速電場(chǎng)的電壓U＝ER. (2)離子在水平電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，有 ＝2

9、d＝vt，＝3d＝at2. 由牛頓第二定律得qE0＝ma. 可得勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E0＝. (3)離子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得qBv＝m，可得B＝. 離子能打在QF上，則離子運(yùn)動(dòng)徑跡的邊界如圖所示． 由幾何關(guān)系知d＜r≤2d，則有 ≤B＜. 答案：(1)ER　(2)　(3) ≤B＜ 9．如圖甲所示，以O(shè)為原點(diǎn)建立xOy平面直角坐標(biāo)系，兩平行極板P、Q垂直于y軸且關(guān)于x軸對(duì)稱放置，極板長(zhǎng)度和極板間距均為l，第一、四象限有方向垂直于xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．緊靠極板左側(cè)的粒子源沿x軸向右連續(xù)發(fā)射帶電粒子，已知粒子的質(zhì)量為m、電荷量為＋q、速

10、度為v0、重力忽略不計(jì)．兩板間加上如圖乙所示的掃描電壓(不考慮極板邊緣的影響)時(shí)，帶電粒子恰能全部射入磁場(chǎng)．每個(gè)粒子穿過(guò)平行板的時(shí)間極短，穿越過(guò)程可認(rèn)為板間電壓不變；不考慮粒子間的相互作用． (1)求掃描電壓的峰值U0的大?。? (2)已知射入磁場(chǎng)的粒子恰好全部不再返回板間，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)為多少？所有帶電粒子中，從粒子源發(fā)射到離開(kāi)磁場(chǎng)的最短時(shí)間是多少？ 解析：(1)所加掃描電壓達(dá)到峰值時(shí)，粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)位移為，粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，加速度大小為a＝，時(shí)間為t＝，在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)位移y＝at2＝＝，故所加掃描電壓的峰值為U0＝. (2)設(shè)粒子從電場(chǎng)射出時(shí)的速度偏轉(zhuǎn)角為θ

11、，射入磁場(chǎng)時(shí)的速度為 v＝. 粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力提供向心力，則 qvB＝m. 粒子在磁場(chǎng)中射入與射出點(diǎn)間的距離為Δy＝2Rcos θ. 聯(lián)立得Δy＝，即所有粒子在磁場(chǎng)中射入與射出點(diǎn)間距離相同． 依題意，從下邊緣射出電場(chǎng)的粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)后剛好到達(dá)電場(chǎng)上邊緣，Δy＝l，故勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝. 從電場(chǎng)上邊緣射出的粒子整個(gè)過(guò)程運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短， 粒子速度偏轉(zhuǎn)角正切值tan α＝＝＝1，故α＝45°.粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1＝， 粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間為t2＝＝＝， 故帶電粒子從發(fā)射到離開(kāi)磁場(chǎng)的最短時(shí)間是 t＝t1＋t2＝(1＋)． 答案：(1)　(2)　(1＋) 7