(浙江專版)2019屆高考物理一輪復習第8章磁場3第三節(jié)帶電粒子在復合場中的運動課后達標能力提升新人

3第三節(jié)帶電粒子在復合場中的運動(建議用時：60分鐘)一、單項選擇題1．以下圖，場強為E的勻強電場方向豎直向下，場強為B的水平勻強磁場垂直紙面向里，三個油滴

a、b、c

帶有等量的同種電荷．已知

a靜止，

b、c

在紙面內(nèi)按圖示方向做勻速圓周運動

(軌跡未畫出

)．忽視三個油滴間的靜電力作用，比較三個油滴的質(zhì)量及

b、c的運動狀況，以下說法中正確的選項是

(

)A．三個油滴的質(zhì)量相等，b、c都沿順時針方向運動B．a(chǎn)的質(zhì)量最大，c的質(zhì)量最小，b、c都沿逆時針方向運動C．b的質(zhì)量最大，a的質(zhì)量最小，b、c都沿順時針方向運動D．三個油滴的質(zhì)量相等，b沿順時針方向運動，c沿逆時針方向運動分析：選A．油滴a靜止不動，其遇到的協(xié)力為零，因此＝，電場力方向豎直向a上，油滴帶負電荷．又油滴b、c在場中做勻速圓周運動，則其重力和遇到的電場力是一對均衡力，因此mbg＝mcg＝qE，油滴遇到的洛倫茲力供給其做勻速圓周運動的向心力，由左手定章可判斷，b、c都沿順時針方向運動．故A正確．2．以下圖為一速度選擇器，內(nèi)有一磁感覺強度為B、方向垂直紙面向外的勻強磁場，一束粒子流以速度v水平射入，為使粒子流經(jīng)過磁場時不偏轉(zhuǎn)(不計重力)，則磁場地區(qū)內(nèi)一定同時存在一個勻強電場，對于此電場場強盛小和方向的說法中，正確的選項是( )BA．大小為v，粒子帶正電時，方向向上BB．大小為v，粒子帶負電時，方向向上C．大小為Bv，方向向下，與粒子帶何種電荷沒關(guān)D．大小為Bv，方向向上，與粒子帶何種電荷沒關(guān)分析：選D．當粒子所受的洛倫茲力和電場力均衡時，粒子流勻速直線經(jīng)過該地區(qū)，有qvB＝qE，因此E＝Bv．假定粒子帶正電，則受向下的洛倫茲力，電場方向應當向上．粒子帶負電時，則受向上的洛倫茲力，電場方向仍應向上．故正確答案為D．3．(2018·南京質(zhì)檢)以下圖，粗拙的足夠長的豎直木桿上套有一個帶電的小球，整個裝置處在由水平勻強電場和垂直紙面向外的勻強磁場構(gòu)成的足夠大的復合場中，小球由靜止開始下滑，在整個運動過程中小球的v－t圖象以以下圖所示，此中正確的選項是( )分析：選C．小球下滑過程中，qE與qvB反向，開始著落時qE>qvB，因此a＝mg－μ(qE－qvB)，隨著落速度v的增大a漸漸增大；當qE<qvB以后，其a＝mg－μ(qvB－qE)，mm隨著落速度v的增大a漸漸減小；最后＝0，小球勻速著落，故C正確，A、B、D錯誤．a(chǎn)4．速度同樣的一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后分紅甲、乙兩束，其運動軌跡以下圖，020( )此中SA＝3SC，則以下說法中正確的選項是A．甲束粒子帶正電，乙束粒子帶負電B．甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷C．能經(jīng)過狹縫S0的帶電粒子的速率等于

EB2D．若甲、乙兩束粒子的電荷量相等，則甲、乙兩束粒子的質(zhì)量比為3∶2分析：選B．由左手定章可判斷甲束粒子帶負電，乙束粒子帶正電，A錯誤；粒子在磁場中做圓周運動知足v2qv，由題意知r甲<r乙，因此甲束粒子的比荷大于乙B2qv＝m，即＝Br2束粒子的比荷，B正確；由qE＝B1qv知能經(jīng)過狹縫S0的帶電粒子的速率等于E，C錯誤；由B1qv知m甲r甲2＝2乙＝r乙＝3，D錯誤．mBrm5．以下圖為一種質(zhì)譜儀表示圖，由加快電場、靜電剖析器和磁剖析器構(gòu)成．若靜電剖析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)平均輻射電場在中心線處的電場強度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強磁場，磁感覺強度大小為B、方向垂直紙面向外．一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加快電場加快后沿中心線經(jīng)過靜電剖析器，由P點垂直界限進入磁剖析器，最后打到膠片上的Q點．不計粒子重力．以下說法不正確的選項是( )A．粒子必定帶正電1B．加快電場的電壓U＝2ER2C．直徑PQ＝BqmERD．若一群離子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點，則該群離子擁有同樣的比荷分析：選C．由P點垂直界限進入磁剖析器，最后打到膠片上的Q點，依據(jù)左手定章可12得，粒子帶正電，選項A正確；由粒子在加快電場中做勻加快運動，則有qU＝2mv，又粒子2ER在靜電剖析器做勻速圓周運動，由電場力供給向心力，則有mv＝＝，解得，選項BqERU22mv正確；粒子在磁剖析器中做勻速圓周運動，依據(jù)洛倫茲力供給向心力，則有qvB＝r，由P2ERm點垂直界限進入磁剖析器，最后打在Q點，可得PQ＝2r＝Bq，選項C錯誤；若離子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點說明運動的軌道半徑r＝1mERBq同樣，由于加快電場、靜電剖析器與磁剖析器都同樣，則該群離子擁有同樣的比荷，選項D正確．6．(2018·徐州模擬)利用霍爾效應制作的霍爾元件，寬泛應用于丈量和自動控制等領(lǐng)域．以下圖是霍爾元件的工作原理表示圖，磁感覺強度B垂直于霍爾元件的工作面向下，通入圖示方向的電流I，CD雙側(cè)面會形成電勢差UCD，以下說法正確的選項是( )A．電勢差UCD僅與資料相關(guān)B．若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢差UCD<0C．僅增大磁感覺強度時，電勢差UCD可能不變D．在測定地球赤道上方的地磁場強弱時，元件的工作面應保持水平分析：選B．霍爾元件穩(wěn)固后，經(jīng)過霍爾元件的載流子遇到的電場力與洛倫茲力相等，|UCD|CDA項錯誤；由左手定章可知，載流子受即dq＝qvB，得|U|＝Bdv，與磁感覺強度相關(guān)，到由D指向C方向的洛倫茲力，若載流子為電子，則電子向C側(cè)偏轉(zhuǎn)，U<0，B項正確；根CD據(jù)|U|＝Bdv可知，僅增大磁感覺強度，電勢差|U|必定增大，C項錯誤；地球赤道上方地CDCD磁場由南向北，測定地磁場時元件工作面應保持豎直，D項錯誤．二、多項選擇題7．如圖為某磁譜儀部分構(gòu)件的表示圖．圖中，永磁鐵供給勻強磁場，硅微條徑跡探測器能夠探測粒子在此中運動的軌跡．宇宙射線中有大批的電子、正電子和質(zhì)子．當這些粒子從上部垂直進入磁場時，以下說法正確的選項是( )A．電子與正電子的偏轉(zhuǎn)方向必定不一樣B．電子與正電子在磁場中運動軌跡的半徑必定同樣C．僅依照粒子運動軌跡沒法判斷該粒子是質(zhì)子仍是正電子D．粒子的動能越大，它在磁場中運動軌跡的半徑越小分析：選AC．依據(jù)左手定章，電子、正電子進入磁場后所受洛倫茲力的方向相反，故2mvmv二者的偏轉(zhuǎn)方向不一樣，選項A正確；依據(jù)qvB＝r，得r＝qB，若電子與正電子在磁場中的運動速度不相等，則軌跡半徑不同樣，選項B錯誤；對于質(zhì)子、正電子，它們都帶正電，以同樣速度進入磁場時，所受洛倫茲力方向同樣，二者偏轉(zhuǎn)方向同樣，僅依照粒子軌跡沒法判斷是質(zhì)子仍是正電子，應選項C正確；粒子的mv越大，軌道半徑越大，而mv＝2mEk，粒子的動能大，其不必定大，選項D錯誤．mv8．(2018·淮安檢測)霍爾式位移傳感器的丈量原理以下圖，有一個沿z軸方向平均變化的磁場，磁感覺強度B＝B0＋kz(B0、k均為常數(shù))．將霍爾元件固定在物體上，保持經(jīng)過霍爾元件的電流I不變(方向以下圖)，當物體沿z軸正方向平移時，因為地點不一樣，霍爾元件在y軸方向的上、下表面的電勢差U也不一樣．則()A．其余條件不變，磁感覺強度B越大，上、下表面的電勢差U越大B．k越大，傳感器敏捷度U越高zC．若圖中霍爾元件是電子導電，則下板電勢高D．其余條件不變，電流I越大，上、下表面的電勢差U越小分析：選AB．最后電子在電場力和洛倫茲力的作用下處于均衡，設(shè)霍爾元件的長寬高UBI分別為a、b、c，有qc＝qvB，電流的微觀表達式為I＝nqvS＝nqvbc，因此U＝nqb．其余條件不變，B越大，上、下表面的電勢差U越大．電流越大，上、下表面的電勢差U越大．故BIA正確，D錯誤；k越大，依據(jù)磁感覺強度B＝B0＋kz，知B隨z的增大而增大，依據(jù)U＝nqb知，B隨z的變化越大，即傳感器敏捷度Uz越高．故B正確；霍爾元件中挪動的是自由電子，依據(jù)左手定章，電子向下表面偏轉(zhuǎn)，因此上表面電勢高．故C錯誤．9．勞倫斯和利文斯設(shè)計出盤旋加快器，工作原理表示圖以下圖．置于真空中的D形金屬盒半徑為，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可忽視．磁感覺強度為B的勻強磁場R與盒面垂直，高頻溝通電頻次為f，加快電壓為U．若A處粒子源產(chǎn)生質(zhì)子的質(zhì)量為m、電荷量為＋q，在加快器中被加快，且加快過程中不考慮相對論效應和重力的影響．則以下說法正確的選項是( )A．質(zhì)子被加快后的最大速度不行能超出2πRfB．質(zhì)子走開盤旋加快器時的最大動能與加快電壓U成正比C．質(zhì)子第

2次和第

1次經(jīng)過兩

D形盒間狹縫后軌道半徑之比為

2∶1D．不改變磁感覺強度

B和溝通電頻次

f，仍用該盤旋加快器開釋質(zhì)量為

m的質(zhì)子，則最大動能不變2πR分析：選ACD．質(zhì)子被加快后的最大速度遇到D形盒半徑R的限制，因v＝T＝2πRf，121222222故A正確；質(zhì)子走開盤旋加快器的最大動能Ekm＝2mv＝2m×4πRf＝2mπRf，與加快電mv12122次和第1次經(jīng)過兩D形12盒間狹縫后軌道半徑之比為2∶1，C正確；因盤旋加快器的最大動能Ekm＝2mπ2R2f2與m、R、f均相關(guān)且這幾個量均不變，D正確．10．(2018·江蘇名校聯(lián)考)質(zhì)量為m、電荷量為q的微粒以速度v與水平方向成θ角從O點進入方向以下圖的正交的勻強電場和勻強磁場構(gòu)成的混淆場區(qū)，該微粒在電場力、洛倫茲力和重力的共同作用下，恰巧沿直線運動到A，以下說法中正確的選項是( )A．該微粒必定帶負電荷B．微粒從O到A的運動可能是勻變速運動C．該磁場的磁感覺強度大小為

mgqvcosθD．該電場的場強為Bvcosθ分析：選AC．若微粒帶正電荷，它受豎直向下的重力、水平向左的電場力qE和垂直mgOA斜向右下方的洛倫茲力qvB，知微粒不可以做直線運動，據(jù)此可知微粒應帶負電荷，它受豎直向下的重力mg、水平向右的電場力qE和垂直O(jiān)A斜向左上方的洛倫茲力qvB，又知微粒恰好沿著直線運動到，可知微粒應當做勻速直線運動，則選項A正確，B錯誤；由均衡條件A得：cosθ＝，sinθ＝，得磁場的磁感覺強度＝mg，電場的場強＝qvBmgqvBqEBqvcosθEBvsinθ，應選項C正確，D錯誤．三、非選擇題11．(2015·高考江蘇卷)一臺質(zhì)譜儀的工作原理以下圖，電荷量均為＋q、質(zhì)量不一樣的離子飄入電壓為0的加快電場，其初速度幾乎為零．這些離子經(jīng)加快后經(jīng)過狹縫O沿著U與磁場垂直的方向進入磁感覺強度為B的勻強磁場，最后打在底片上．已知擱置底片的地區(qū)MN＝L，且OM＝L．某次丈量發(fā)現(xiàn)21MN中左邊地區(qū)MQ破壞，檢測不到離子，但右邊地區(qū)QN33還能正常檢測到離子．在適合調(diào)理加快電壓后，本來打在的離子即可在檢測到．MQQN求本來打在MN中點P的離子質(zhì)量m；為使本來打在P的離子能打在QN地區(qū)，求加快電壓U的調(diào)理范圍；(3)為了在QN地區(qū)將本來打在MQ地區(qū)的全部離子檢測完好，求需要調(diào)理U的最少次數(shù)．(取lg2＝0．301，lg3＝0．477，lg5＝0．699)12分析：(1)離子在電場中加快，qU0＝2mv在磁場中做勻速圓周運動，＝v2r012mU0解得r0＝qB3代入r0＝4L，9qB2L2解得m＝32U0．16U0r2由(1)知，U＝9L2，51000U離子打在Q點時，r＝6L，得U＝8116U0離子打在N點時，r＝L，得U＝100U016U0則電壓的范圍為81≤U≤9．(3)由(1)可知，r∝U1LU由題意知，第1次調(diào)理電壓到U，使本來打在Q點的離子打在N點，5＝1U6L0此時，本來運動軌跡半徑為r1的打在Q1的離子打在Q上，5526L1＝ULr，解得r1＝106U第2次調(diào)理電壓到U2，本來打在Q1的離子打在N點，本來運動軌跡半徑為r2的打在Q2的離子打在Q上，則553L26L2U＝UL＝，，解得r＝r1r22600UUn＋1同理，第n次調(diào)理電壓，有rn＝6L檢測完好，有rLlg2－1≈2．8n≤2，解得n≥6lg5最少次數(shù)為3次．9qB2L2100U016U0答案：(1)320(2)81≤U≤9U最少次數(shù)為3次12．使用盤旋加快器的實驗需要把離子束從加快器中引出，離子束引出的方法有磁障蔽通道法和靜電偏轉(zhuǎn)法等．質(zhì)量為m，速度為v的離子在盤旋加快器內(nèi)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軌道是半徑為r的圓，圓心在O點，軌道在垂直紙面向外的勻強磁場中，磁感覺強度為B．為引出離子束，使用磁障蔽通道法設(shè)計引出器．引出器原理以下圖，一對圓弧形金屬板構(gòu)成弧形引出通道，通道的圓心位于O′點(O′點圖中未畫出)．引出離子時，令引出通道內(nèi)磁場的磁感覺強度降低，進而使離子從P點進入通道，沿通道中心線從Q點射出．已知OQ長度為L，OQ與OP的夾角為θ．求離子的電荷量q并判斷其正負；(2)離子從P點進入，點射出，通道內(nèi)勻強磁場的磁感覺強度應降為′，求′；QBB(3)換用靜電偏轉(zhuǎn)法引出離子束，保持通道內(nèi)的原有磁感覺強度B不變，在內(nèi)外金屬板間加直流電壓，兩板間產(chǎn)生徑向電場，忽視邊沿效應．為使離子仍從P點進入，Q點射出，求通道內(nèi)引出軌跡處電場強度E的方向和大小．2mvmv分析：(1)離子做圓周運動，則Bqv