(浙江选考)高考物理总复习第8章磁场(第3课时)带电粒子在复合场中的运动试题

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1、第 3 课时 带电粒子在复合场中的运动1. 如图所示,一束负离子从 S 点沿水平方向射出,在没有电、磁场时恰好击中荧光屏上的坐标原点 O;若同时加上电场和磁场后,负离子束最后打在荧光屏上坐标系的第象限中,则所加电场 E 和磁场 B的方向可能是 ( 不计离子重力及其间相互作用力)()B. E向下, B 向下A. E 向上, B向上D. E向下, B 向上C. E 向上, B向下解析负离子打在第象限,相对于原点O向下运动和向左运动,所以E 向上, B 向下,选项 C正确。答案C2. 如图所示,一电子束沿垂直于电场线与磁感线方向入射后偏向A极板,为了使电子束沿射入方向做直线运动,可采用的方法是()A

2、. 将变阻器滑动头P向右滑动B. 将变阻器滑动头P向左滑动C. 将极板间距离适当减小D. 将极板间距离适当增大U解析电子射入极板间后,偏向A 板,说明qEqvB,由 E d可知,减小场强E 的方法有增大板间距离和减小板间电压,故C 错误, D 正确;而移动变阻器滑动头P 并不能改变板间电压,故 A、 B均错误。答案D3. 如图所示,一块金属块放在匀强磁场中,通以沿x 轴正方向的电流,若测得金属块上表面的电势高于下表面的电势,则可判断磁场的方向是()B. 沿 y 轴负方向A. 沿 y 轴正方向1 / 7D. 沿 z 轴正方向C. 沿 z 轴负方向解析当通以沿 x 轴正方向的电流时金属块中电子会向

3、x 轴负方向流动,而据题意知电子受力方向为向下,所以据左手定则知磁场方向沿z 轴负方向。答案C4. 如图所示为一速度选择器,两极板P1, P2 之间存在电场强度为 E的匀强电场和磁感应强度为 B 的匀强磁场。一束粒子流( 重力不计 ) 以速度v 从 S1 沿直线运动到S2,则下列说法中正确的是()A. 粒子一定带正电B. 粒子一定带负电BC. 粒子的速度一 定等于 EED. 粒子的速度一定等于B解析若粒子带正电,在板间受电场力向左,由左手定则得洛伦兹力向右;若粒子带负电,电场力向右,洛伦兹力向左,也可以做直线运动,故粒子可能带正电,也可能带负电,所以EA, B 错误;要做直线运动,要求Bqv

4、qE,v B,所以 C 错误, D正确。答案D5. 如图所示,空间的某个复合场区域内存在着方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场。质子由静止开始经一加速电场加速后,垂直于复合场的界面进入并沿直线穿过场区,质子从复合场区穿出时的动能为 Ek 。那么氘核同样由静止开始经同一加速电场加速后穿过同一复合场后的动能 Ek 的大小是 ()B. k kA. k kEEEED.条件不足,难以确定C. E Ekk1解析设质子的 质量为m,则氘核的质量为2m。在加速电场里,由动能定理可得eU 22 / 722eUEmv, vm ,在复合场里有 Bqv qE,则 v B,同理对于氘核由动能定理可得其离开加速电场的速度比质

5、子的速度小,所以当它进入复合场时所受的洛伦兹力小于电场力,将往电场力方向偏转,电场力做正功,故动能增大,选项B 正确。答案B6. 有一个带电荷量为q、重量为G的小球从两竖直的带电平行板上方h 处自由落下,两极板间另有匀强磁场,磁感应强度为B,方向如图所示,则带电小球通过有电场和磁场的空间时,下列说法正确的是()A. 不可能做曲线运动B. 一定做曲线运动C. 有可能做匀加速运动D. 有可能做匀速运动解析小球的速度增大,洛伦兹力增大,小球一定做变加速曲线运动,不可能做匀速或匀加速运动 A、C、 D 错。答案B7. 如图所示,匀强电场方向水平向右,匀强磁场方向垂直于纸面向里,一质量为m、带电荷量为

6、q 的微粒以速度v 沿与磁场垂直、与电场成45角的方向射入复合场中,恰能做匀速直线运动,求电场强度E 的大小及磁感应强度B 的大小。解析由于带电微粒做匀速直线运动,且F 洛 与 F 电 不共线,说明微粒必然还要受到重力作用,且F 洛 必然斜向上,即粒子带正电,其受力如图,由qE mgtan 45 和 mg qvBcosmg2mg45 ,解得 E q , Bqv 。3 / 7mg2mg答案qqv8. (2016 浙江衢州一中选考 ) 如图所示,静止于 A 处的离子,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点垂直进入矩形区域的有界匀强电场,电场方向CN水平向左。静电分析器通道

7、内有均匀辐向分布的电场,已知圆弧所在处场强为E ,方向如0图所示;离子质量为m、电荷量为 q; QN 2d、 PN 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内的匀强电场,换为垂直纸面向里的匀强磁场,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,12有: qU 2mv离子在辐向电场中做匀速圆周运动,静电力提供向心力,根据牛顿第二定律,有qE0 mv2R ,2U得: R E0。(2) 离子做类平抛运动,则d vt

8、 ,123d 2at ,根据牛顿第二定律,有qE ma,12U得: E d 。(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qvB4 / 7mv2 r,12Um得 r Bq ,离子能打在QN上,则既没有从DQ边出去也没有从PN边出去,则离子运动径迹的边界如图中和。由几何关系知,离子能打在QN上,必须满足:3dr 2d,212Um22Um则有 2dq B3dq 。2U12U12Um22Um答案 (1) E0(2) d(3) 2dq B3dq9. 使用回旋加速器的实验需要把离子束从加速器中引出,离子束引出的方法有磁屏蔽通道法和静电偏转法等。质量为m,速度为v 的离

9、子在回旋加速器内旋转,旋转轨道是半径为r 的圆,圆心在O点,轨道在垂直纸面向外的匀强磁场中,磁感应强度为B。为引出离子束,使用磁屏蔽通道法设计引出器。引出器原理如图所示,一对圆弧形金属板组成弧形引出通道,通道的圆心位于O点 ( O点图中未画出) 。引出离子时,令引出通道内磁场的磁感应强度降低,从而使离子从P 点进入通道,沿通道中心线从Q点射出。已知OQ长度为 L,OQ与 OP的夹角为 。(1) 求离子的电荷量q 并判断其正负;(2) 离子从 P 点进入, Q点射出,通道内匀强磁场的磁感应强度应降为B,求 B;(3) 换用静电偏转法引出离子束,维持通道内的原有磁感应强度B 不变,在内外金属板间加

10、直流电压,两板间产生径向电场,忽略边缘效应。为使离子仍从P 点进入, Q点射出,求引出通道内电场强度方向和大小。mv2解析(1) 离子做圆周运动,则有Bqv r5 / 7mv得 q Br,正电荷。(2) 如图所示,O Q R, OQ L, O O Rrmv2引出轨迹为圆弧,则有BqvR ,得 mv,R qB根据几何关系得Rr2 L22rLcos,2r2Lcos mv2mv(r Lcos )故 B qR q(r2 L22rLcos ) 。(3) 电场强度方向沿径向向外mv2引出轨迹为圆弧,Bqv Eq R ,2mv2(r Lcos )得 E Bvq(r2 L22rLcos ) 。mv2mv( r

11、 Lcos )答案(1) Br正电荷(2) q(r2 L22rLcos)2mv2(r Lcos )(3) 沿径向向外Bv q(r2 L22rLcos)10. (2016 温州十校期中 ) 如图所示,在第象限内有水平向右的匀强电场,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x轴进入第象限的磁场,已知之间的距离为,( 不计粒OPd子重力 ) 求:6 / 7(1) 带电粒子在磁场中做圆周运动的半径;(2) 带电粒子从进入磁场到第二次经过x 轴,在磁场中运动的总时间;(3) 匀强磁场的磁感应强度大小。解析(1) 带电粒子的运动轨迹如图所示。由题意知,带电粒子到达y 轴时的速度v2d2dv0,这一过程的时间t 1 v0 v0,电场中沿y 轴的位移 y v0t 2d,2根据几何关系得到,带电粒子在磁场中的偏转轨道半径r

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