《2020高考物理一轮总复习 第九章 磁场 能力课1 带电粒子在组合场中的运动练习（含解析）新人教版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020高考物理一轮总复习 第九章 磁场 能力课1 带电粒子在组合场中的运动练习（含解析）新人教版（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、能力课1 带电粒子在组合场中的运动一、选择题1(2016年全国卷)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍此离子和质子的质量比约为()A11 B12C121 D144解析：选D设质子的质量和电荷量分别为m1、q1，一价正离子的质量和电荷量为m2、q2.对于任意粒子，在加速电场中，由动能定理得qUmv20，得v在磁场中qvBm由式联立得m，由题意知，两种粒子在磁场中
2、做匀速圆周运动的半径相同，加速电压U不变，其中B212B1，q1q2，可得144，故选项D正确2(多选)(2019届扬州期末)回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，它们接在电压为U、频率为f的交流电源上，若A处粒子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是()A若只增大交流电压U，则质子获得的最大动能增大B若只增大交流电压U，则质子在回旋加速器中运行时间会变短C若磁感应强度B增大，交流电频率f必须适当增大才能正常工作D不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器也能用于加速粒子解析：选BC当粒子从D形盒中出来时速度最
3、大，根据qvmBm，得vm，那么质子获得的最大动能Ekm，则最大动能与交流电压U无关，故A错误；根据T，若只增大交变电压U，不会改变质子在回旋加速器中运行的周期，但加速次数减少，则运行时间也会变短，故B正确；根据T，若磁感应强度B增大，那么T会减小，只有当交流电频率f适当增大才能正常工作，故C正确；带电粒子在磁场中运动的周期与加速电场的周期相等，根据T知，换用粒子，粒子的比荷变化，周期变化，回旋加速器需改变交流电的频率才能加速粒子，故D错误故选BC.3(多选)在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子P和P3，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里、有一定宽度的
4、匀强磁场区域，如图所示已知离子P在磁场中转过30后从磁场右边界射出在电场和磁场中运动时，离子P和P3()A在电场中的加速度之比为11B在磁场中运动的半径之比为 1C在磁场中转过的角度之比为12D离开电场区域时的动能之比为13解析：选BCD离子P和P3质量之比为11，电荷量之比等于13，故在电场中的加速度(aqE/m)之比等于13，则A项错误；离子在离开电场区域时有qUmv2，在磁场中做匀速圆周运动，有qvBm，得半径r ，则半径之比为11，则B项正确；设磁场宽度为d，由几何关系drsin，可知离子在磁场中转过的角度正弦值之比等于半径倒数之比，即1，因30，则60，故转过的角度之比为12，则C项
5、正确；离子离开电场区域时有qUEk，离子离开电场时的动能之比等于电荷量之比，即13，则D项正确4(多选)(2018届广西三市联考)在第二象限内有水平向右的匀强电场，在第一、第四象限内分别存在如图所示的匀强磁场，磁感应强度大小相等在该平面有一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子以垂直x轴的初速度v0从x轴上的P点进入匀强电场，恰好与y轴成45角射出电场，再经过一段时间恰好垂直于x轴进入下面的磁场，已知OP之间的距离为d，不计粒子的重力，则()A磁感应强度BB电场强度EC粒子自进入磁场至在磁场中第二次经过x轴所用时间为D粒子自进入磁场至在磁场中第二次经过x轴所用时间为解析：选BD根据题述情境，画出带
6、电粒子在匀强电场中的运动轨迹和在匀强磁场中的运动轨迹，如图所示带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，竖直方向有y0v0t，水平方向有dat2，又qEma，tan45，联立解得E，y2d，选项B正确；带电粒子进入匀强磁场时的速度vv0，由图中几何关系可得，带电粒子在匀强磁场中运动的轨迹半径R2d，由洛伦兹力提供向心力可得，qvBm，联立解得B，选项A错误；带电粒子在第一象限内的运动时间t1，在第四象限内的运动时间t2，带电粒子自进入磁场至在磁场中第二次经过x轴所用时间为t总t1t2，选项D正确，C错误5(多选)某一空间存在着磁感应强度为B且大小不变、方向随时间t做周期性变化的匀强磁场(如图甲所示)，
7、规定垂直纸面向里的磁场方向为正为使静止于该磁场中的带正电的粒子能按abcdef的顺序做横“”字曲线运动(即如图乙所示的轨迹)，下列办法可行的是(粒子只受磁场力的作用，其他力不计)()A若粒子的初始位置在a处，在tT时给粒子一个沿切线方向水平向右的初速度B若粒子的初始位置在f处，在t时给粒子一个沿切线方向竖直向下的初速度C若粒子的初始位置在e处，在tT时给粒子一个沿切线方向水平向左的初速度D若粒子的初始位置在b处，在t时给粒子一个沿切线方向竖直向上的初速度解析：选AD要使粒子的运动轨迹如题图乙所示，由左手定则知粒子做圆周运动的周期应为T0，若粒子的初始位置在a处时，对应时刻应为tT0T，同理可判
8、断B、C、D选项，可得A、D正确二、非选择题6(2018届成都外国语学校模拟)如图所示，在xOy坐标系的0yd的区域内分布着沿y轴正方向的匀强电场，在dy2d的区域内分布着垂直于xOy平面向里的匀强磁场，MN为电场和磁场的交界面，ab为磁场的上边界现从原点O处沿x轴正方向发射出速率为v0、比荷(电荷量与质量之比)为k的带正电粒子，粒子运动轨迹恰与ab相切并返回磁场已知电场强度E，不计粒子重力和粒子间的相互作用试求：(1)粒子第一次穿过MN时的速度大小和水平位移的大小；(2)磁场的磁感应强度B的大小解析：(1)根据动能定理，得qEdmv2mv02，解得v2v0粒子在电场中做类平抛运动，有FqE，
9、a，dat12，xv0t1解得t1，x.(2)粒子运动的轨迹如图所示，设粒子以与x轴正方向成角进入磁场tan，解得60根据RRcosd，得R由牛顿第二定律可得qvBm，解得B.答案：(1)2v0(2)7空间中有一直角坐标系，其第一象限在圆心为O1、半径为R、边界与x轴和y轴相切的圆形区域内，有垂直于纸面向里的匀强磁场(图中未画出)，磁感应强度大小为B；第二象限中存在方向竖直向下的匀强电场现有一群质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从圆形区域边界与x轴的切点A处沿纸面上的不同方向射入磁场中，如图所示已知粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径均为R，其中沿AO1方向射入的粒子恰好到达x轴上与O点距离为2R
10、的N点，不计粒子的重力和它们之间的相互作用力，求：(1)粒子射入磁场时的速度大小及电场强度的大小；(2)速度方向与AO1夹角为60(斜向右上方)的粒子到达y轴所用的时间解析：(1)设粒子射入磁场时的速度大小为v，因在磁场中做匀速圆周运动的半径为R，由牛顿第二定律得qvBm，得v如图甲所示，因粒子的轨迹半径是R，故沿AO1方向射入的粒子一定从与圆心等高的D点沿x轴负方向射入电场，则粒子在电场中从D点到N点做类平抛运动，有2Rvt，又因为Rt2解得E.(2)轨迹如图乙所示，轨迹圆心为C，从M点射出磁场，连接O1M，四边形O1MCA是菱形，故CM垂直于x轴，速度方向偏转角度等于圆心角150，粒子在磁
11、场中运动的时间为t2T粒子离开磁场到y轴的距离MH，在无场区运动的时间t2故粒子到达y轴的时间为tt1t2.答案：(1)(2)8(2018届秦皇岛高三联考)如图所示，静止于A处的正离子，经电压为U的加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器，从P点垂直CN进入矩形区域的有界匀强电场，电场方向水平向左静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场，已知圆弧所在处场强为E0，方向如图所示；离子质量为m、电荷量为q；2d、3d，离子重力不计(1)求圆弧虚线对应的半径R的大小；(2)若离子恰好能打在NQ的中点上，求矩形区域QNCD内匀强电场场强E的值；(3)若撤去矩形区域QNCD的匀强电场，换为垂直纸面向里的磁
12、场，要求离子能最终打在QN上，求磁场磁感应强度B的取值范围解析：(1)离子在加速电场中加速，根据动能定理，有qUmv2，离子在辐向电场中做匀速圆周运动，电场力提供向心力，根据牛顿第二定律，有qE0m，解得R.(2)离子做类平抛运动dvt3dat2由牛顿第二定律得qEma，则E.(3)离子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律，有qBvm则r离子能打在QN上则既没有从DQ边出去也没有从PN边上出去，则离子运动径迹的边界如图和，由几何关系知，离子能打在QN上，必须满足：dr2d则有 B .答案：(1)(2)(3) B |学霸作业|自选一、选择题1(多选)(2019届广州毕
13、业班综合测试)如图，正方形abcd中abd区域内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场，bcd区域内有方向平行于bc的匀强电场(图中未画出)一带电粒子从d点沿da方向射入磁场，随后经过bd的中点e进入电场，接着从b点射出电场不计粒子的重力，则()A粒子带负电B电场的方向是由b指向cC粒子在b点和d点的动能相等D粒子在磁场、电场中运动的时间之比为2解析：选ABD根据题述，带电粒子从d点沿da方向射入磁场，随后经过bd的中点e进入电场，由左手定则可判断出粒子带负电，选项A正确；根据粒子经过bd的中点e进入电场，接着从b点射出电场，可知粒子所受电场力的方向为由c指向b，电场的方向是由b指向c，选项B正确；带
14、电粒子在匀强磁场中运动，洛伦兹力不做功，在匀强电场中运动，电场力做正功，根据动能定理，粒子在b点的动能大于在d点的动能，选项C错误；画出带电粒子在匀强磁场和匀强电场中的运动轨迹如图所示设正方形abcd的边长为L，则带电粒子在磁场中运动的轨迹半径R，设粒子在匀强磁场中运动的速度为v，粒子在匀强磁场中运动的轨迹所对的圆心角为，在匀强磁场中运动的时间t1；粒子在匀强电场中的运动可分解为沿垂直电场方向的匀速直线运动和沿电场方向的初速度为零的匀加速直线运动，由vt2，解得在匀强电场中运动时间t2，粒子在磁场、电场中运动的时间之比为t1t22，选项D正确2(多选)(2018届河南开封一模)如图所示，静止的
15、带电粒子所带电荷量为q，质量为m(不计重力)，从P点经电场加速后，通过小孔Q进入N板右侧的匀强磁场区域，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外CD为磁场边界上的一绝缘板，它与N板的夹角为30，小孔Q到绝缘板的下端C的距离为L，当滑动触头移动到B端时，粒子恰垂直打在CD板上，则()A两板间电压的最大值UmaxBCD板上可能被粒子打中区域的长度为LC粒子在磁场中运动的最长时间为D能打到N板上的粒子的最大动能为解析：选BD滑动触头移到B端时，两板间电压最大，粒子垂直打在CD板上，所以粒子的轨迹半径为L，粒子在电场中运动时，qUmaxmv2，解两式得Umax，A项错误；粒子垂直打在CD板上的位置离C点最远，距离
