《新高考物理一轮复习精练题专题12.3带电粒子在组合场、复合场中的运动（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新高考物理一轮复习精练题专题12.3带电粒子在组合场、复合场中的运动（含解析）（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 专题12.3带电粒子在组合场、复合场中的运动【练】目录一练基础题型1二练规范解答9一练基础题型1.质谱仪的原理如图所示，虚线AD上方区域处在垂直纸面向外的匀强磁场中，C、D间有一荧光屏。同位素离子源产生a、b两种电荷量相同的离子，无初速度进入加速电场，经同一电场加速后，垂直进入磁场，a离子恰好打在荧光屏C点，b离子恰好打在D点，离子重力不计。则()A.a离子质量比b的大B.a离子质量比b的小C.a离子在磁场中的运动时间比b的长D.a、b离子在磁场中的运动时间相等【答案】B【解析】设离子进入磁场的速度为v，在电场中qUmv2，在磁场中qvBm，联立解得r，由题图知，b离子在磁场中运动的轨道半径
2、较大，a、b为同位素，电荷量相同，所以b离子的质量大于a离子的质量，所以A错误，B正确；在磁场中运动的时间均为半个周期，即t，由于b离子的质量大于a离子的质量，故b离子在磁场中运动的时间较长，C、D错误。2.(2021山东济南市5月高考模拟)如图所示，两平行金属板水平放置，板长和板间距均为L，两板间接有直流电源，极板间有垂直纸面向外的匀强磁场。一带电微粒从板左端中央位置以速度v0垂直磁场方向水平进入极板，微粒恰好做匀速直线运动。若保持a板不动，让b板向下移动0.5L，微粒从原位置以相同速度进入，恰好做匀速圆周运动，重力加速度为g，则该微粒在极板间做匀速圆周运动的时间为()A. B. C. D.
3、【答案】A【解析】微粒恰好做匀速直线运动时，有qqv0Bmg，恰好做匀速圆周运动时，有qmg，联立解得qv0B，即v0，由题意可知v0，则有，由公式qv0Bm，得R，联立解得R2L，微粒运动轨迹如图所示，由几何关系可得MON30，所以微粒在磁场中运动的时间为t，故A正确，B、C、D错误。3.(多选)(2021吉林市第二次调研)质谱仪是用来分析同位素的装置，如图为质谱仪的示意图，其由竖直放置的速度选择器、偏转磁场构成。由三种不同粒子组成的粒子束以某速度沿竖直向下的方向射入速度选择器，该粒子束沿直线穿过底板上的小孔O进入偏转磁场，最终三种粒子分别打在底板MN上的P1、P2、P3三点，已知底板MN上
4、下两侧的匀强磁场方向均垂直纸面向外，且磁感应强度的大小分别为B1、B2，速度选择器中匀强电场的电场强度的大小为E。不计粒子的重力以及它们之间的相互作用，则()A.速度选择器中的电场方向向右，且三种粒子均带正电B.三种粒子的速度大小均为C.如果三种粒子的电荷量相等，则打在P3点的粒子质量最大D.如果三种粒子电荷量均为q，且P1、P3的间距为x，则打在P1、P3两点的粒子质量差为【答案】ACD【解析】根据粒子在磁场B2中的偏转方向，由左手定则知三种粒子均带正电，在速度选择器中，粒子所受的洛伦兹力向左，电场力向右，知电场方向向右，故A正确；三种粒子在速度选择器中做匀速直线运动，受力平衡，有qEqvB
5、1，得v，故B错误；粒子在磁场区域B2中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有qvB2m得R，三种粒子的电荷量相等，半径与质量成正比，故打在P3点的粒子质量最大，故C正确；打在P1、P3间距x2R32R1(m3m1)m，解得m，故D正确。4.如图所示，在第象限内有沿x轴正方向的匀强电场，电场强度为E，在第、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有一个带电粒子以垂直于x轴的初速度v0从x轴上的P点进入匀强电场中，并且恰好与y轴的正方向成45角进入磁场，又恰好垂直于x轴进入第象限的磁场已知O、P之间的距离为d，则带电粒子在磁场中第二次经过x轴时，在电场和磁场中运动的总时间为 ()A.
6、 B.(25)C.(2) D.(2)【答案】D【解析】带电粒子的运动轨迹如图所示，带电粒子出电场时，速度vv0，这一过程的时间t1，根据几何关系可得带电粒子在磁场中的偏转轨道半径r2d，带电粒子在第象限中运动的圆心角为，故带电粒子在第象限中的运动时间t2T，带电粒子在第象限中运动的时间t3，故t总t1t2t3(2)，D正确5.(多选)如图所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，分别与高频交流电源连接，两个D形金属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，两个D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，下列说法中正确的是()A.加速电压越大，粒子最终射出时获得的动
7、能就越大B.粒子射出时的最大动能与加速电压无关，与D形金属盒的半径和磁感应强度有关C.若增大加速电压，粒子在金属盒间的加速次数将减少，在回旋加速器中运动的时间将减小D.粒子第5次被加速前、后的轨道半径之比为【答案】BC【解析】粒子在磁场中做圆周运动，由牛顿第二定律得qvmBm，解得vm，则粒子获得的最大动能为Ekmmv，知粒子获得的最大动能与加速电压无关，与D形金属盒的半径R和磁感应强度B有关，故A错误，B正确；对粒子，由动能定理得nqU，加速次数n，增大加速电压U，粒子在金属盒间的加速次数将减少，粒子在回旋加速器中运动的时间tT将减小，故C正确；对粒子，由动能定理得nqUmv，解得vn，粒子
8、在磁场中做圆周运动，由牛顿第二定律得qvnBm，解得rn，则粒子第5次被加速前、后的轨道半径之比为，故D错误。6(多选)(2021浙江名校联考)质量为m、电荷量为q的微粒以速度v与水平方向成角从O点进入方向如图所示的正交的匀强电场和匀强磁场组成的混合场区，该微粒在电场力、洛伦兹力和重力的共同作用下，恰好沿直线运动到A，下列说法中正确的是(重力加速度为g)()A该微粒一定带负电荷B微粒从O到A的运动可能是匀变速运动C该磁场的磁感应强度大小为D该电场的电场强度大小为【答案】AC【解析】若微粒带正电荷，它受竖直向下的重力mg、水平向左的电场力qE和垂直OA斜向右下方的洛伦兹力qvB，知微粒不能做直线
9、运动，据此可知微粒应带负电荷，它受竖直向下的重力mg、水平向右的电场力qE和垂直OA斜向左上方的洛伦兹力qvB，又知微粒恰好沿着直线运动到A，可知微粒应该做匀速直线运动，故A正确，B错误；由平衡条件得qvBcos mg，qvBsin qE，得磁场的磁感应强度大小B，电场的电场强度大小E，故C正确，D错误7.(2021福建厦门市期末质量检测)美国物理学家劳伦斯于1932年发明了回旋加速器，利用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点，使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量，由此，人类在获得高能粒子方面前进了一大步。如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且
10、被限制在MN板间，两虚线中间区域无电场和磁场，带正电粒子从 P0处以速度 v0 沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，下列说法正确的()A.D形盒中的磁场方向垂直纸面向外B.加速电场方向需要做周期性的变化C.增大板间电压，粒子最终获得的最大动能不变D.粒子每运动一周直径的增加量都相等【答案】C【解析】由左手定则可知，D形盒中的磁场方向垂直纸面向里，选项A错误；根据此加速器的结构可知，加速电场方向总是竖直向下的，选项B错误；根据qvBm，则最大动能Ekmv2，可知增大板间电压，粒子最终获得的最大动能不变，选项C正确；根据nqUmv，则Rn，粒子每运动一周，动能
11、的变化量相同，但是直径的增加量不相等，选项D错误。8.(2021安徽安庆市模拟)如图所示，一带电液滴在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中刚好做匀速圆周运动，其轨道半径为R，已知该电场的电场强度为E，方向竖直向下；该磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，不计空气阻力，设重力加速度为g，则()A液滴带正电B液滴比荷C液滴沿顺时针方向运动D液滴运动速度大小v【答案】C【解析】液滴在重力场、匀强电场、匀强磁场的复合场中做匀速圆周运动，可知qEmg，得，故选项B错误；电场力方向竖直向上，液滴带负电，选项A错误；由左手定则可判断液滴沿顺时针方向转动，选项C正确；对液滴，有qEmg，qvBm，得v，故选项D错
12、误9.(2021江苏海门中学第二次质调)如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，下列说法正确的是()A.甲图要增大粒子的最大动能，可增加电压UB.乙图可判断出A极板是发电机的负极C.丙图可以判断出带电粒子的电性，粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是vD.丁图中若载流子带负电，稳定时C板电势高【答案】B【解析】根据公式r得v，故最大动能Ekmmv2，与加速电压无关，故A错误；由左手定则知正离子向下偏转，所以下极板带正电，A板是电源的负极，B板是电源的正极，故B正确；电场的方向与B的方向垂直，带电粒子进入复合场，受电场力和洛伦兹力，且二力是平衡力，即qEqvB
13、，所以v，不管粒子带正电还是带负电都可以匀速直线通过，所以无法判断粒子的电性，故C错误；若载流子带负电，由左手定则可知，负粒子向C端偏转，所以稳定时C板电势低，故D错误。10.(多选)(2021辽宁沈阳市调研)如图所示，空间某处存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，一个带负电的金属小球从M点水平射入场区，经一段时间运动到N点，关于小球由M到N的运动，下列说法正确的是()A小球可能做匀变速运动 B小球一定做变加速运动C小球动能可能不变 D小球机械能守恒【答案】BC【解析】小球从M到N，在竖直方向上发生了偏转，所以在M点受到的竖直向下的洛伦兹力、竖直向下的重力和竖直向上的电场力的合力不为
14、零，且速度方向变化，则洛伦兹力方向变化，所以合力为变力，故不可能做匀变速运动，一定做变加速运动，A错误，B正确；若电场力和重力等大反向，则运动过程中电场力和重力做功之和为零，而洛伦兹力不做功，所以小球的动能可能不变，C正确；沿电场方向有位移，电场力一定做功，故小球的机械能不守恒，D错误11.(多选)(2021山东滨州市上学期期末)如图所示，空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，一带电液滴从静止开始自A点沿曲线ACB运动，到达B点时速度为零，C点是运动的最低点，不计空气阻力，则以下说法中正确的是()A液滴一定带正电B液滴在C点时的动能最大C从A到C过程液滴的电势能增大D从C到B过程
15、液滴的机械能增大【答案】BCD【解析】从题图中可以看出，带电液滴由静止开始向下运动，说明重力和电场力的合力向下，洛伦兹力指向弧线内侧，根据左手定则可知，液滴带负电，故A错误；重力向下，电场力向上，且重力大于电场力，从A到C的过程中，重力做正功，而电场力做负功，洛伦兹力不做功，合力做正功，液滴动能增大，从C到B的过程中，重力做负功，电场力做正功，洛伦兹力不做功，合力做负功，液滴动能减小，所以液滴在C点时的动能最大，故B正确；从A到C过程液滴克服电场力做功，电势能增大，故C正确；从C到B的过程中，电场力做正功，洛伦兹力不做功，机械能增大，故D正确12.(2021浙江选考模拟)电磁流量计如图甲所示，它是利用磁场对电荷的作用测出流过容器液体的流量，其原理可以简化为如图乙所示模型，液体内含有大量正、负离子，从容器左侧流入，右侧流出。在竖直向下的匀强磁场作用下，下列说法正确的是()A.带电粒子受到竖直方向的洛伦
