《高考物理带电粒子在复合场中的运动各地方试卷集合汇编》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理带电粒子在复合场中的运动各地方试卷集合汇编（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、带电粒子在复合场中的运动专项训练 1下图为某种离子加速器的设计方案.两个半圆形金属盒内存在相同的垂直于纸面向外的 匀强磁场 .其中MN和M N是间距为 h的两平行极板，其上分别有正对的两个小孔O和 O，O NONd，P 为靶点，O Pkd（k为大于 1 的整数）。极板间存在方向向 上的匀强电场，两极板间电压为U。质量为m、带电量为q的正离子从O点由静止开始加 速，经O进入磁场区域.当离子打到极板上O N区域（含N点）或外壳上时将会被吸 收。两虚线之间的区域无电场和磁场存在，离子可匀速穿过。忽略相对论效应和离子所受 的重力。求： （1）离子经过电场仅加速一次后能打到P 点所需的磁感应强度大小
2、； （2）能使离子打到P点的磁感应强度的所有可能值； （3）打到 P点的能量最大的离子在磁场中运动的时间和在电场中运动的时间。 【来源】 2015 年全国普通高等学校招生统一考试物理（重庆卷带解析) 【答案】（ 1） 2 2qUm B qkd （2） 2 2nqUm B qkd ， 2 (1,2,3,1)nkL（3） 2 2 (23) = 2 2(1) kmkd t qum k 磁， 2 2(1) = km th qU 电 【解析】 【分析】 带电粒子在电场和磁场中的运动、牛顿第二定律、运动学公式。 【详解】 （1）离子经电场加速，由动能定理： 2 1 2 qUmv 可得 2qU v m 磁场
3、中做匀速圆周运动： 2 v qvBm r 刚好打在P点，轨迹为半圆，由几何关系可知： 2 kd r 联立解得 2 2qUm B qkd ； （2）若磁感应强度较大，设离子经过一次加速后若速度较小，圆周运动半径较小，不能直 接打在 P点，而做圆周运动到达N右端，再匀速直线到下端磁场，将重新回到O 点重新 加速，直到打在P点。设共加速了n 次，有： 21 2 n nqUmv 2 n n n v qv Bm r 且： 2 n kd r 解得： 2 2nqUm B qkd ， 要求离子第一次加速后不能打在板上，有 1 2 d r 且： 2 1 1 2 qUmv 2 1 1 1 v qv Bm r 解得
4、： 2 nk， 故加速次数n 为正整数最大取 2 1nk 即： 2 2nqUm B qkd 2 (1,2,3,1)nkL； （3）加速次数最多的离子速度最大，取 2 1nk，离子在磁场中做 n-1 个完整的匀速圆 周运动和半个圆周打到P点。 由匀速圆周运动： 22rm T vqB 2 2 (23) =(1) 2 2 2(1) Tkmkd tnT qum k 磁 电场中一共加速n 次，可等效成连续的匀加速直线运动.由运动学公式 22 1 (1) 2 khat电 qU a mh 可得： 2 2(1) = km th qU 电 2如图甲所示，空间存在一范围足够大的垂直于xOy平面向外的匀强磁场，磁感
5、应强度大 小为 B让质量为m，电荷量为q（q0）的粒子从坐标原点O 沿 xOy 平面以不同的初速 度大小和方向入射到磁场中不计重力和粒子间的影响 （1）若粒子以初速度v1沿 y 轴正向入射，恰好能经过x 轴上的 A（a，0）点，求v1的大 小； （2）已知一粒子的初速度大小为v（v v1），为使该粒子能经过A（a，0）点，其入射角 （粒子初速度与x 轴正向的夹角）有几个？并求出对应的sin值； （3）如图乙，若在此空间再加入沿y 轴正向、大小为E的匀强电场，一粒子从O 点以初 速度 v0沿 y 轴正向发射研究表明：粒子在 xOy平面内做周期性运动，且在任一时刻，粒 子速度的x 分量 vx与其所
6、在位置的 y 坐标成正比，比例系数与场强大小E无关求该粒子 运动过程中的最大速度值vm 【来源】 2013 年全国普通高等学校招生统一考试理科综合能力测试物理（福建卷带解析) 【答案】 ；两个 sin =； 【解析】 试题分析： (1)当粒子沿y 轴正向入射，转过半个圆周至A 点，半径R1a/2 由运动定律有 2 1 1 1 v Bqvm R 解得 1 2 Bqa v m (2)如右图所示， O、A 两点处于同一圆周上，且圆心在 x 2 a 的直线上，半径为R，当给定一个初速率v 时， 有 2 个入射角，分别在第1、2 象限 即 sin sin 2 a R 另有 2 v Bqvm R 解得 s
7、in sin 2 aqB mv (3)粒子在运动过程中仅电场力做功，因而在轨道的最高点处速率最大，用ym表示其 y 坐 标，由动能定理有 qEym 1 2 mv 2 m 1 2 mv 2 0 由题知 vmkym 若 E0 时，粒子以初速度v0沿 y 轴正向入射，有 qv0Bm 2 0 0 v R 在最高处有 v0kR0 联立解得 22 0 () m EE vv BB 考点：带电粒子在符合场中的运动；动能定理 3如图，绝缘粗糙的竖直平面MN 左侧同时存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场方 向水平向右，电场强度大小为E ，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B一质量为 m、电荷量为q 的带正电
8、的小滑块从 A 点由静止开始沿MN 下滑，到达 C点时离开MN 做 曲线运动 A、C 两点间距离为h，重力加速度为g （1）求小滑块运动到C 点时的速度大小vc； （2）求小滑块从A 点运动到C点过程中克服摩擦力做的功Wf； （3）若 D 点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大的位置，当 小滑块运动到D 点时撤去磁场，此后小滑块继续运动到水平地面上的P点已知小滑块在 D 点时的速度大小为vD，从 D 点运动到P点的时间为t，求小滑块运动到P点时速度的大 小 vp. 【来源】 2015 年全国普通高等学校招生统一考试物理（福建卷带解析) 【答案】（ 1）E/B （2）（ 3）
9、 【解析】 【分析】 【详解】 小滑块到达 C点时离开 MN，此时与 MN间的作用力为零，对小滑块受力分析计算此时的速度 的大小；由动能定理直接计算摩擦力做的功Wf；撤去磁场后小滑块将做类平抛运动，根据 分运动计算最后的合速度的大小； （1）由题意知，根据左手定则可判断，滑块在下滑的过程中受水平向左的洛伦兹力，当洛 伦兹力等于电场力qE时滑块离开 MN开始做曲线运动，即BqvqE 解得： E v B （2）从 A到C根据动能定理： 2 1 0 2 f mghWmv 解得： 2 2 1 2 f E Wmghm B （3）设重力与电场力的合力为F，由图意知，在D点速度 vD的方向与 F地方向垂直，
10、从D到P 做类平抛运动，在F方向做匀加速运动a=F/m，t时间内在 F方向的位移为 21 2 xat 从D到P，根据动能定理： 15 0aa，其中 2 1 1 4 mv 联立解得： 2 2 22 2 () PD mgqE vtv m 【点睛】 解决本题的关键是分析清楚小滑块的运动过程，在与MN分离时，小滑块与MN间的作用力 为零，在撤去磁场后小滑块将做类平抛运动，根据滑块的不同的运动过程逐步求解即可 4压力波测量仪可将待测压力波转换成电压信号，其原理如图1 所示，压力波p（t）进 入弹性盒后，通过与铰链O 相连的 “ ” 型轻杆 L，驱动杆端头A 处的微型霍尔片在磁场中 沿 x 轴方向做微小振
11、动，其位移x 与压力 p 成正比（,0 xp）霍尔片的放大图如 图2所示，它由长 宽厚=abd，单位体积内自由电子数为 n的N型半导体制成，磁场方 向垂直于x 轴向上，磁感应强度大小为 0(1 )0BBx ，无压力波输入时，霍尔 片静止在x=0 处，此时给霍尔片通以沿 12 C C 方向的电流I，则在侧面上D1、D2两点间产生 霍尔电压U0. （1）指出 D1、D2两点那点电势高； （2）推导出U0与 I、B0之间的关系式（提示：电流 I 与自由电子定向移动速率v 之间关系 为 I=nevbd，其中 e 为电子电荷量）； （3）弹性盒中输入压力波p（ t），霍尔片中通以相同的电流，测得霍尔电压
12、 UH随时间 t 变化图像如图3，忽略霍尔片在磁场中运动场所的电动势和阻尼，求压力波的振幅和频 率（结果用U0、U1、t0、 、及 ） 【来源】浙江新高考2018 年 4 月选考科目物理试题 【答案】 (1) D1点电势高 (2) 0 0 1 IB U ne d (3) 1 0 1 (1) U A U ， 0 1 2 f t 【解析】 【分析】由左手定则可判定电子偏向D2边，所以D1边电势高 ；当电压为U0时，电子不再 发生偏转，故电场力等于洛伦兹力，根据电流I 与自由电子定向移动速率v 之间关系为 I=nevbd 求出 U0与 I、B0之间的关系式 ；图像结合轻杆运动可知，0-t0内，轻杆向
13、一侧运动 至最远点又返回至原点，则可知轻杆的运动周期，当杆运动至最远点时，电压最小，结合 U0与 I、B0之间的关系式求出压力波的振幅 解： （1）电流方向为C1C2，则电子运动方向为C2C1 ，由左手定则可判定电子偏向D2边， 所以 D1边电势高 ； （2）当电压为U0时，电子不再发生偏转，故电场力等于洛伦兹力 0 0 U qvBq b 由电流Inevbd 得： I v nebd 将 带入 得 0 0 IB U ned （3）图像结合轻杆运动可知，0-t0内，轻杆向一侧运动至最远点又返回至原点， 则轻杆的 运动周期为T=2t0 所以，频率为 : 0 1 2 f t 当杆运动至最远点时，电压最
14、小，即取 U1，此时 0(1 )BBx 取 x 正向最远处为振幅A，有： 0 1 (1? ) IB UA ned 所以： 0 0 0 1 1 (1) 1 IB U ned IBA UA ned 解得： 01 0 UU A U 根据压力与唯一关系 xp可得 x p 因此压力最大振幅为： 01 0 m UU p U 5小明受回旋加速器的启发，设计了如图1 所示的 “ 回旋变速装置” 两相距为d 的平行金 属栅极板 M、N，板M位于x轴上，板N在它的正下方两板间加上如图2所示的幅值为 U0的交变电压，周期0 2 m T qB 板 M 上方和板N 下方有磁感应强度大小均为B、方向相 反的匀强磁场粒子探
15、测器位于y 轴处，仅能探测到垂直射入的带电粒子有一沿x 轴可 移动、粒子出射初动能可调节的粒子发射源，沿 y轴正方向射出质量为m、电荷量为 q（q0）的粒子 t=0 时刻，发射源在（x，0）位置发射一带电粒子忽略粒子的重力和 其它阻力，粒子在电场中运动的时间不计 （1）若粒子只经磁场偏转并在y=y0处被探测到，求发射源的位置和粒子的初动能； （2）若粒子两次进出电场区域后被探测到，求粒子发射源的位置x 与被探测到的位置y 之 间的关系 【来源】【省级联考】浙江省2019 届高三上学期11 月选考科目考试物理试题 【答案】（ 1） 00 xy ， 2 0 2 qBy m （2）见解析 【解析】
16、【详解】 （1）发射源的位置00 xy， 粒子的初动能： 2 0 0 2 k qBy E m ； （2）分下面三种情况讨论： （i）如图 1， 00 2 k EqU 由 021 01 mvmvmv yRR BqBqBq 、， 和 22 100 11 22 mvmvqU， 22 210 11 22 mvmvqU， 及 01 2xyRR， 得 22 00 22 24xyyqBmqUyqBmqU qBqB ； （ii）如图 2， 000 2 k qUEqU 由 02 0 mvmv ydR BqBq 、， 和 22 020 11 22 mvmvqU， 及 0 32xydR， 得 2 22 0 2 3)2xydydq BmqU qB （ ； （iii）如图 3，00kEqU 由 02 0 mvmv ydR BqBq 、 ， 和 22 020 11 22 mvmvqU， 及 04xydR ， 得 2 22 0 4 2xydydq BmqU qB ； 6如图，区域I 内有与水平方向成45 角的匀强电场 1 E，区域宽度为 1 d，区域 内有正
