《2021年高考专项冲击波讲练测系列之物理篇专题17带电粒子在复合场中的运动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021年高考专项冲击波讲练测系列之物理篇专题17带电粒子在复合场中的运动（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、【重点知识解读】1.质谱仪是分析同位素的重要工具，带电粒子经过加速电场加速，经过速度选择器后垂直边界进入匀强磁场中做匀速圆周运动，根据带电粒子在匀强磁场中的运动半径和加速电场电压，可确定粒子的比荷。2.回旋加速器是加速带电粒子的装置，离子由加速器的中心附近进入加速器，经过回旋加速后从加速器的边缘出加速器，离子通过电场加速从电场中获得能量。回旋加速器粒子运动周期与狭缝上所加交变电压的周期相等。回旋加速器狭缝所加交变电压的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期，粒子回旋一周加速两次。由RvmqvB2可知粒子加速后的最大动能Ekm=2222q B Rm，与加速电压无关。 4. 带电粒子在重力场、电场、磁场
2、并存的空间中运动时，重力、电场力、磁场力将按自身的 特性独立作用于粒子，其中洛伦兹力对运动电荷不做功，重力和电场力做功与路径无关。 对带电粒子在复合场中运动的处理方法是： （1）正确分析带电粒子的受力特征及运动特征是正确解题的前提。带电粒子在复合场中做什么运动，取决于带电粒子所受到的合外力及其初时状态的速度，因此应该把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来进行分析。当带电粒子在重力场、 电场、磁场并存的空间中做直线运动时，重力、电场力和洛伦兹力的合力必为零，一定做匀速直线运动； 当带电粒子所受的重力和电场力等值反向，洛伦兹力提供向心力时，带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动；当带电粒子所受
3、的合外力是变力， 且与初速度方向不在一条直线上时，粒子做变速曲线运动，其轨迹即精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 21 页 - - - - - - - - -不是圆弧， 也不是抛物线； 当带电粒子连续通过几个不同的场区，粒子的受力情况和运动情况也发生相应的变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成。（2）灵活选用物理规律是正确解题的关键。当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时， 根据物体的平衡条件列方程求解； 当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，运用牛顿第二定律和向心力公式列方程求解；当带电粒子在复合场中做变速曲线运动时，应选择
4、动能定理或能量守恒定律列方程求解。【高考命题动态】带电粒子在复合场中的运动是高考重点和热点，每年高考均有考查， 可能是选择题，也可能是计算题，难度中等或较难。擦力做的功为 W=2021mv-212mv=22222021Bqgmvm，选项 D正确 C错误。2 （2013 浙江重点中学协作体高三摸底）如精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 21 页 - - - - - - - - -图所示，有一金属块放在垂直于表面C的匀强磁场中，磁感应强度B，金属块的厚度为 d，高为 h，当有稳恒电流I 平行平面 C 的方向通过时，由于磁场力的作用
5、，金属块中单位体积内参与导电的自由电子数目为（上下两面 M、N 上的电压分别为 UM、UN）ANMUUIBedBNMUUedBI12CNMUUedBI1DNMUUIBed2在 B2磁场中运动半径越大的粒子,比荷 q/m越小，选项 C错误 D 正确。4 （2012丹东联考） 回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示。设D形盒半径为R 。若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为 f。则下列说法正确的是精品学
6、习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 21 页 - - - - - - - - -A质子被加速后的最大速度不可能超过2fRB质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关C只要 R 足够大，质子的速度可以被加速到任意值D不改变 B和f，该回旋加速器也能用于加速 粒子5图甲是回旋加速器的原理示意图。其核心部分是两个 D型金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中（磁感应强度大小恒定），并分别与高频电源相连。加速 时某带电粒子的动能 EK随时间 t 变化规律如下图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是（）A离子
7、由加速器的中心附近进入加速器B高频电源的变化周期应该等于tntn-1C粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大DD形盒中的高频电源电压越大，粒子获得的最大动能越大答案 A解析： 根据回旋加速器的原理可知， 离子由加速器的中心附近进入加速器，粒子运动一周， 加速两次， 高频电源的变化周期应该等于tntn-2，选项 A 正确 B错误；粒子的最大动能只与回旋加速器的D型盒半径和磁感应强度有关， 与加速电压和加速次数无关，选项CD错误。精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 21 页 - - - - - - - - -9、 （2013 江苏
8、常州模拟）如图所示，竖直放置的两块很大的平行金属板a、b，相距为 d，ab 间的电场强度为 E，今有一带正电的微粒从a 板下边缘以初速度v0竖直向上射入电场，当它飞到b 板时，速度大小不变，而方向变成水平方向，且刚好从高度也为d 的狭缝穿过 b 板而进入 bc区域， bc 宽度也为 d，所加电场大小为E，方向竖直向上，磁感应强度方向垂直于纸面向里， 磁感应强度大小等于0vE， 重力加速度为 g，则下列关于粒子运动的有关说法中正确的是：（）A、粒子在 ab 区域中做匀变速运动，运动时间为gv0B、粒子在 bc区域中做匀速圆周运动，圆周半径r=2d C、粒子在 bc区域中做匀速圆周运动，运动时间为
9、06vdD、粒子在 ab、bc 区域中运动的总时间为03)6(vd答案： ABD解析：粒子在 ab 区域中只受重力和电场力，根据题述重力大小等于bc 区域中运动的总时间为t= t1+t2=03)6(vd，选项 D 正确。d d E B d v0 +-abc精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 21 页 - - - - - - - - -联立解得： =30或 =150。精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 21 页 - - - - - - - - -7 （18 分）
10、 （2013 唐山摸底）如图所示，两平行金属板 AB 中间有互相垂直的匀强电场和匀强磁场。 A板带正电荷， B板带等量负电荷，电场强度为E；磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为 B1。 平行金属板右侧有一挡板M，中间有小孔 O ，OO 是平行于两金属板的中心线。挡板右侧有垂直纸面向外的匀强磁场，磁场应强度为B2。CD 为磁场 B2边界上的一绝缘板，它与M板的夹角 =45，O C=a ，现有大量质量均为m，含有各种不同电荷量、不同速度的带电粒子（不计重力） ，自 O 点沿 OO方向进入电磁场区域，其中有些粒子沿直线OO方向运动，并进入匀强磁场B2中，求：（1）进入匀强磁场 B2的带电粒子的速度；（
11、2）能击中绝缘板 CD的粒子中，所带电荷量的最大值；（3）绝缘板 CD上被带电粒子击中区域的长度。解： （18分） （1）沿直线 OO 运动的带电粒子，(3)带负电的粒子在磁场B2中向上偏转，某带负电粒子轨迹与CD相切，设半径精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页，共 21 页 - - - - - - - - -8（2013 浙江重点中学协作体高三摸底）如图a 所示，水平直线 MN 下方有竖直向上的匀强电场， 现将一重力不计、 比荷610/qCkgm的正电荷置于电场中的O点由静止释放，经过15105s 后，电荷以 v0=1.5 l04
12、ms 的速度通过 MN 进入其上方的匀强磁场， 磁场与纸面垂直， 磁感应强度 B按图 b 所示规律周期性变化（图 b 中磁场以垂直纸面向外为正，以电荷第一次通过MN 时为 t=0 时刻） 。求：（1）匀强电场的电场强度E （2）图 b 中45t10-5s 时刻电荷与 O 点的水平距离（3）如果在 O点右方 d= 68cm处有一垂直于 MN 的足够大的挡板，求电荷从O 点出发运动到挡板所需的时间。 （60.037sin0，80.037cos0）解：电荷在电场中做匀加速直线运动，设其在电场中运动的时间为1t ，有：10atvmaEq解得：CNqtmvE/102. 7310（4 分）当磁场垂直纸面向
13、外时，电荷运动的半径：精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页，共 21 页 - - - - - - - - -cmqBmvr5101周期sqBmT51110322（3 分）当磁场垂直纸面向里时，电荷运动的半径：cmqBmvr3202周期sqBmT52210522（3 分）故电荷从 t=0 时刻开始做周期性运动，其运动轨迹如图所示。sTTTtt41111086.3360532115总（3 分）9.（14分）（2013 安徽 师大摸底）如图所示，相距为R 的两块平行金属板 M、N 正对着放置， S1、S2分别为 M、N 板上的小孔，S1、
14、S2、O 三点共线，它们的连线垂直M、N，且 S2OR.以O 为圆心、 R 为半径的圆形区域内存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场D 为收集板，板上各点到O 点的距离以精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页，共 21 页 - - - - - - - - -及板两端点的距离都为2R，板两端点的连线垂直M、N 板质量为 m、带电量为 q 的粒子经 S1进入 M、N 间的电场后，通过 S2进入磁场粒子在 S1处的速度以及粒子所受的重力均不计(1)当 M、N 间的电压为 U 时，求粒子进入磁场时速度的大小v；(2)若粒子恰好打在收集
15、板D 的中点上，求 M、N 间的电压值 U0；(3)当 M、N 间的电压不同时，粒子从S1到打在 D 上经历的时间 t 会不同，求 t 的最小值(3)M、N 间的电压越大，粒子进入磁场时的速度越大，粒子在极板间经历的时间越短，同时在磁场中运动轨迹的半径越大，在磁场中运动的时间也会越短，出磁场后匀速运动的时间也越短，所以当粒子打在收集板D 的右端时，对应时间t最短根据几何关系可以求得，对应粒子在磁场中运动的半径r3R精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页，共 21 页 - - - - - - - - -10(2013广东二校联考摸底
16、)如图所示， A、B为一对平行板，板长为L，两板距离为 d，板间区域内充满着匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，一个质量为m，带电量为 +q 的带电粒子自静止开始经M、N 两平行金属板间的电场加速后，从A、B两板的中间沿垂直于磁感线的方向射入磁场。 （不计粒子的重力）求：（1）若粒子被加速后进入磁场的速度为 v0，则它在磁场中做圆周运动的半径和周期各为多少？（2） MN 两极板间的电压U 应在什么范围内，粒子才能从磁场内射出？.解析： （1）粒子在磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供， qv0B=m20vr，解得： r=mv0/qB。周期： T=2r/ v0=2 m0/qB。（2）带电粒子在 MN 两极板间的加速过程，由动能定理，qU=12mv02.。如图所示，当粒子从左边射出时，若运动轨迹半径最大，则其圆心为图中O1点精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 11 页，共 21 页 - - - - - - - - -11.（14 分）如图 21 所示，在直角坐标系xoy 的第一、四象限区域内存在边界平行 y 轴的两个
