《高二物理带电粒子在复合场中的运动及应用 练习及答案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理带电粒子在复合场中的运动及应用 练习及答案（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1【巩固练习】一、选择题：1带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，从而显示其运动轨迹如图所示是在有匀强磁场云室中观察到的粒子的轨迹，a 和 b 是轨迹上的两点，匀强磁场 B 垂直纸面向里该粒子在运动时，其质量和电荷量不变，而动能逐渐减少，下列说法正确的是（ ）A粒子先经过 a 点，再经过 b 点B粒子先经过 b 点，再经过 a 点C粒子带负电荷D粒子带正电荷2 1930 年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示这台加速器由两个铜质 D 形盒 D1、D 2 构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（ ）A离子由加速器的中心附近进入加速器B离子由加速器的边缘进入加速器C离子从磁场中获得能量
2、D离子从电场中获得能量3粒子甲的质量与电荷量分别是粒子乙的 4 倍与 2 倍，两粒子均带正电，让它们在匀强磁场中同一点以大小相等、方向相反的速度开始运动已知磁场方向垂直纸面向里以下四个图中，能正确表示两粒子运动轨迹的是（ ）4如图所示，截面为正方形的容器处在匀强磁场中，一束电子从孔 a 垂直磁场射入容器中，其中一部分从 c 孔射出，一部分从 d 孔射出，则下列叙述中正确的是（ ）2A从两孔射出的电子速率之比 cdv21 B从两孔射出的电子在容器中运动所用时间之比 cdt12 C从两孔射出的电子在容器中运动时的加速度大小之比 ca D从两孔射出的电子在容器中运动时的加速度大小之比 d 5如图所示
3、，在 x 轴上方存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为 B 的匀强磁场，一个不计重力的带电粒子从坐标原点 O 处以速度 v 进入磁场，粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与 x 轴正方向成 120角，若粒子穿过 y 轴正半轴后在磁场中到 x 轴的最大距离为 a，则该粒子的比荷和所带电荷的正负是（ ）A ，正电荷 B ，正电荷32va2vaC ，负电荷 D ，负电荷6为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为 a、b、c，左右两端开口，在垂直于上下底面方向加磁感应强度为曰的匀强磁场，在前后两个内侧固定有金属板作为电极，污水充
4、满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压 U。若用 Q 表示污水流量（单位时间内排出的污水体积） ，下列说法中正确的是（ ）A若污水口正离子较多，则前表面比后表面电势高B前表面的电势一定低于后表面的电势，与哪种离子多无关C污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D污水流量 Q 与 U 成正比，与 a、b 无关7如图所示，一带负电的质点在固定的正的点电荷作用下绕该正电荷做匀速圆周运动，周期为 T0，轨道平面位于纸面内，质点的速度方向如图中箭头所示现加一垂直于轨道平面3的匀强磁场：已知轨道半径并不因此而改变，则（ ）A若磁场方向指向纸里，质点运动的周期将大于 T0B若磁场方向指向纸里
5、，质点运动的周期将小于 T0C若磁场方向指向纸外，质点运动的周期将大于 T0D若磁场方向指向纸外，质点运动的周期将小于 T0二、计算题：1如图所示，在宽度分别为 1 和 2 的两个相邻的条形区域中分别有匀强磁场和匀强电场，l磁场方向垂直于纸面向里，电场方向与电、磁场分界线平行向右一带正电荷的粒子以速率 v 从磁场区域上边界的 P 点斜射入磁场，然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电场，最后从电场边界上的 Q 点射出已知 PQ 垂直于电场方向，粒子轨迹与电、磁场分界线的交点到 PQ 的距离为 d不计重力，求电场强度与磁感应强度大小之比以及粒子在磁场与电场中运动时间之比2如图所示，直角坐标系 xO
6、y 位于竖直平面内，在水平的 x 轴下方存在匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为 B，方向垂直 xOy 平面向里，电场线平行于 y 轴一质量为 m、电荷量为 q 的带正电的小球，从 y 轴上的 A 点水平向右抛出，经 x 轴上的 M 点进入电场和磁场，恰能做匀速圆周运动，从 x 轴上的 N 点第一次离开电场和磁场，MN 之间的距离为L，小球过 M 点时的速度方向与 x 轴正方向夹角为 。不计空气阻力，重力加速度为 g，求：（1 ）电场强度 E 的大小和方向；（2）小球从 A 点抛出时初速度 v0 的大小；（3）A 点到 x 轴的高度 h43.如图所示可测定比荷的某装置的简化示意图在第一象限区
7、域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小 B=2.0103 T，在 x 轴上距坐标原点 L=0.50 m 的 P 处为粒子的入射口，在 x 轴上安放接收器现将一带正电荷的粒子以 v=3.5104 ms 的速率从 P 处射入磁场，若粒子在 y 轴上距坐标原点 L=0.50 m 的 M 处被观测到，且运动轨迹半径恰好最小，设带电粒子的质量为 m、电荷量为 q，不计其重力（1）求上述粒子的比荷 ；qm（2）如果在上述粒子运动过程中的某个时刻，在第一象限内再加一个匀强电场就可使其沿 y 轴正方向做匀速直线运动，求该匀强电场的场强大小和方向，并求出从粒子射入磁场开始计时经过多长时间加这个匀强电场；
8、（3）为了在 M 处观测到按题设条件运动的上述粒子，第一象限内的磁场可以局限在第一个矩形区域内，求此矩形区域的最小面积，并在图中画出该矩形【答案与解析】一、选择题：1.AC 解析：粒子在云室中运动使气体电离，能量不断损失，v 减小，处于磁场中的云室中的带电粒子满足 ，因为 ，因此半径逐渐减小，分析图线知 rar b，说明粒子2mvqBrvqB先经过 a 点后经过 b 点；利用左手定则可判定，粒子所带负电荷，故 C 对，D 错2 AD解析：回旋加速器的两个 D 型盒间隙分布周期性变化的电场，不断地给带电粒子加速使其获得能量；而 D 形盒处分布有恒定不变的磁场，具有一定速度的带电粒子在 D 形盒内
9、受到磁场的洛伦兹力提供的向心力而做圆周运动；洛伦兹力不做功故不能使离子获得能量，C错；离子源在回旋加速器的中心附近所以正确选项为 A、D3 A 解析：由于 ， ， ，故 由于带m41乙 q21乙 v1乙 R21乙 电粒子只受洛伦兹力的作用，而洛伦兹力充当粒子做圆周运动的向心力，由左手定则判断，甲、乙所受洛伦兹力方向相反，则可判断，A 选项正确4 ABD 解析： ， ，因为 Rc=2Rd，所以 vcv d=21 ，故 A 正确；cvReBdve5， ，所以 tct d=12 ，故 B 正确；加速度之比124cmteB12dte，故 C 错误，D 正确dccdaqvv1 5 C 解析：从“粒子穿过
10、 y 轴正半轴后 ”可知粒子向右侧偏转，洛伦兹力指向运动方向的右侧，由左手定则可判定粒子带负电荷，作出粒子运动轨迹示意图如图所示根据几何关系有，再结合半径表达式 可得 ，故 C 正确rsin30amvrqB32va6 BD 解析：由左手定则可判断出正离子较多时，正离子受到洛伦兹力使其向后表面偏转聚集而导致后表面电势升高同理，负离子较多时，负离子向前表示偏转聚集而导致前表面电势降低，故 B 正确设前后表面间最高电压为 U，则 因为 ，所以 U 与qvBbvb离子浓度无关，故 C 错误而 ，所以 ，D 正确QSvccQ7 AD 解析：当磁场方向垂直纸面向里时，由左手定则可知电子受到背离圆心向外的洛
11、伦兹力作用，向心力变小，由 可知周期变大，A 对，B 错；同理可知当磁场方向垂直24FmRT纸面向外时，电子受到指向圆心的洛伦兹力作用，向心力变大，周期变小，C 错，D 对二、计算题：1 2ldv2112arcsinldld解析：粒子在磁场中做匀速圆周运动（如图） 由于粒子在分界线处的速度与分界线垂直，圆心 O 应在分界线上OP 长度即为粒子运动的圆弧的半径 R由几何关系得 221()Rld设粒子的质量和所带电荷量分别为 m 和 q，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得 设 P为 P 量 Q 量与分界线的交点， ，则粒子在磁场中2vqBmR PO6的运动时间为 ，式中 。粒子进入电场后做类平抛运动，
12、其初速1Rtv1sinlR度为 v，方向垂直于电场，设粒子加速度大小为 a，由牛顿第二定律得 qE=ma由运动学公式有 ， 式中 t2 是粒子在电场中运动的时间，由2dat2lt式得 ，由式得 12dEBl21122arcsinldltd2 （ 1） 竖直向上 （2） （3 ）mgqcotqBLm28qBLg解析：（1）小球在电场、磁场中恰能做匀速圆周运动，其所受电场力必须与重力平衡，有qE=mg， 重力的方向是竖直向下的，电场力的方向则应为竖直向上，E由于小球带正电，所以电场强度方向竖直向上（2）小球做匀速圆周运动， O为圆心，MN 为弦长，MO P= ，如图所示设半径为 r，由几何关系知
13、小球做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，设sin2Lr小球做圆周运动的速率为 v，有 由速度的合成与分解2mvqBr知 由式得 。0cosv0cotL（3 ）设小球到 M 点时的竖直分速度为 vy，它与水平分速度的关系为vy=v0tan 由匀变速直线运动规律 由 式得， 2yvgh28qBLhmg3. （1） （或 ）74.9Ckg乙75.01Ck乙（2 ） 70 NC，方向沿 x 轴正方向 7.9106 s （3 ） 0.25 m2 图见解析解析：（1）设粒子在磁场中的运动半径为 r如图甲，依题意 M、P 连线即为该粒子在磁场中做匀速圆周运动的直径，由几何关系得 2L由洛伦兹力提供粒子在磁
14、场中做匀速圆周运动的向心力，可得 2vqBmr7联立并代入数据得 （或 ） 74.910Ckgqm 75.01Ckg乙（2）设所加电场的场强大小为 E 如图乙，当粒子经过 Q 点时，速度沿 y 轴正方向，依题意，在此时加入沿 x 轴正方向 的匀强电场，电场力与此时洛伦兹力平衡，则有， qEvB代入数据得 70 NC乙所加电场的场强方向沿 x 轴正方向由几何关系可知，圆弧 PQ 所对应的圆心角为45，设带电粒子做匀速圆周运动的周期为 T，所求时间为 t，则有， 4536tT， 2rv联立并代入数据得 6 t7.910s乙（3）如图丙，所求的最小矩形是 MM1P1P，该区域面积 ， 2Sr联立并代入数据得 2S.5 m矩形如图丙中 MM1P1P（虚线）
