（浙江專用）高考物理大一輪總復(fù)習(xí) 第八章 第4課時 帶電粒子在復(fù)合場中的運動知能達(dá)標(biāo)訓(xùn)練

第4課時帶電粒子在復(fù)合場中的運動及應(yīng)用實例【測控導(dǎo)航】知識點題號1.帶電粒子在組合場中的運動72.帶電粒子在復(fù)合場中的運動1、2、3、4、8、103.運動實例分析5、6、9一、單項選擇題1.(年重慶理綜)如圖所示,一段長方體形導(dǎo)電材料,左右兩端面的邊長都為a和b,內(nèi)有帶電量為q的某種自由運動電荷.導(dǎo)電材料置于方向垂直于其前表面向里的勻強(qiáng)磁場中,內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.當(dāng)通以從左到右的穩(wěn)恒電流I時,測得導(dǎo)電材料上、下表面之間的電壓為U,且上表面的電勢比下表面的低.由此可得該導(dǎo)電材料單位體積內(nèi)自由運動電荷數(shù)及自由運動電荷的正負(fù)分別為(C)A.IBqaU,負(fù) B.C.IBqbU,負(fù) D.解析:由于上表面的電勢比下表面的電勢低,根據(jù)左手定則,判斷出電荷電性為負(fù),故選項B、D錯誤;電荷穩(wěn)定時,所受靜電力和洛倫茲力平衡,|q|Ua=|q|vB①由電流的微觀表達(dá)式知:I=|q|nSv=|q|nabv②,由①②聯(lián)立,得n=IB|2.(浙江溫州高三八校聯(lián)考)在圖中虛線所圍的區(qū)域內(nèi),存在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場.已知從左方水平射入的電子,穿過該區(qū)域時未發(fā)生偏轉(zhuǎn),設(shè)其重力可以忽略不計,則在這區(qū)域中的E和B的方向不可能是(D)A.E和B都沿水平方向,并與電子運動的方向相同B.E和B都沿水平方向,并與電子運動的方向相反C.E豎直向上,B垂直紙面向外D.E豎直向上,B垂直紙面向里解析:當(dāng)E和B都沿水平方向,電子不受洛倫茲力,只受水平方向的電場力,所以電子穿過這區(qū)域時未發(fā)生偏轉(zhuǎn),選項A、B錯誤.當(dāng)E豎直向上,B垂直紙面向外時,電子所受的電場力豎直向下,受洛倫茲力豎直向上,當(dāng)兩者平衡時,電子勻速水平穿過,選項C錯誤;當(dāng)E豎直向上,B垂直紙面向里,電場力和洛倫茲力均豎直向下,電子將向下偏轉(zhuǎn),選項D正確.3.如圖所示,Q1、Q2帶等量正電荷,固定在光滑的絕緣桿的兩端,桿上套一帶正電的小球,桿所在的區(qū)域同時存在一個勻強(qiáng)磁場,方向如圖所示,小球的重力不計.現(xiàn)將小球從圖示位置由靜止釋放,在小球運動過程中,下列說法中正確的是(B)A.小球的速度將一直增大B.小球的加速度將不斷變化C.小球所受洛倫茲力將一直增大D.小球所受洛倫茲力大小變化,方向不變解析:Q1、Q2連線上中點處電場強(qiáng)度為零,從中點向兩側(cè)電場強(qiáng)度增大且方向都指向中點,故小球所受電場力總是指向中點,又因桿光滑,所以小球?qū)⒆鲫P(guān)于Q1、Q2連線中點對稱的往復(fù)運動,中點位置速度最大,兩端速度為零,所以洛倫茲力的大小和方向都不斷變化.由以上分析可知選項B正確.4.如圖所示,在長方形abcd區(qū)域內(nèi)有正交的電場和磁場,ab=bc/2=L,一帶電粒子從ad的中點垂直于電場和磁場方向射入,恰沿直線從bc邊的中點P射出,若撤去磁場,則粒子從c點射出;若撤去電場,則粒子將(重力不計)(C)A.從b點射出 B.從b、P間某點射出C.從a點射出 D.從a、b間某點射出解析:由粒子做直線運動可知qv0B=qE;撤去磁場粒子從c點射出可知qE=ma,at=2v0,v0t=L,所以撤去電場后粒子運動的半徑r=mv0qB5.如圖所示,整個空間存在水平向左的勻強(qiáng)電場,MN的右側(cè)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場.由絕緣材料制成光滑軌道AC與水平面的夾角為θ,C點處于MN邊界上,其延長線為CD.一質(zhì)量為m的帶電小球沿軌道AC下滑,至C點后沿直線CD運動.則以下說法錯誤的是(B)A.小球帶正電荷B.小球在MN的左側(cè)做勻加速直線運動C.小球在MN的右側(cè)做勻速直線運動D.小球在MN的右側(cè)所受洛倫茲力為mg解析:小球在MN右側(cè)受洛倫茲力作用,做直線運動時因重力、靜電力不變,所以洛倫茲力也不變化,由F洛=qvB可知v不變,則小球在MN右側(cè)一定做勻速直線運動,故C對.小球受力如圖所示,由左手定則可知小球帶正電,小球在MN的左側(cè)做勻速直線運動,故A對,B錯.并且有F洛=mgcos6.(哈六中一模)美國物理學(xué)家勞倫斯設(shè)計的回旋加速器,應(yīng)用帶電粒子在磁場中做圓周運動的特點,能使粒子在較小的空間范圍內(nèi)經(jīng)過電場的多次加速獲得較大的能量,使人類在獲得較高能量帶電粒子方面前進(jìn)了一步.如圖所示為一種改進(jìn)后的回旋加速器示意圖,其中盒縫間的加速電場場強(qiáng)大小恒定,且被限制在A、C板間.帶電粒子從P0處靜止釋放,并沿電場線方向射入加速電場,經(jīng)加速后再進(jìn)入D形盒中的勻強(qiáng)磁場做勻速圓周運動.對于這種改進(jìn)后的回旋加速器,下列說法正確的是(D)A.帶電粒子每運動一周被加速二次B.P1PC.加速粒子的最大速度與D形盒的半徑無關(guān)D.加速電場方向不需要做周期性的變化解析:由題圖可以看出,帶電粒子每運動一周被加速一次,選項A錯誤;由r=mvqB和Uq=12mv22-12帶電粒子在回旋加速器中加速,所能達(dá)到的最大速度受D形盒半徑r的制約,與加速電壓U的大小無關(guān).二、不定項選擇題7.如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖.帶電粒子被加速電場加速后,進(jìn)入速度選擇器.速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0A.質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B.速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向里C.能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于E/BD.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P,粒子的比荷越小解析:由加速電場可見粒子所受電場力向下,即粒子帶正電,在速度選擇器中,電場力水平向右,則洛倫茲力水平向左,故速度選擇器中磁場方向垂直紙面向外,選項B錯誤;粒子經(jīng)過速度選擇器時滿足qE=qvB,可知能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于E/B,選項C正確.帶電粒子進(jìn)入下方磁場做勻速圓周運動則有r=mvqB0,可見當(dāng)v相同時,r8.圖(甲)是回旋加速器的示意圖,其核心部分是兩個“D”形金屬盒,在加速帶電粒子時,兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場中,并分別與高頻電源相連.帶電粒子在磁場中運動的動能Ek隨時間t的變化規(guī)律如圖(乙)所示,若忽略帶電粒子在電場中的加速時間,則下列說法中正確的是(AC)A.在Ekt圖中應(yīng)有t4-t3=t3-t2=t2-t1B.高頻電源的變化周期應(yīng)該等于tn-tn-1C.要使粒子獲得的最大動能增大,可以增大“D”形盒的半徑D.在磁感應(yīng)強(qiáng)度B、“D”形盒半徑r、粒子的質(zhì)量m及其電荷量q不變的情況下,粒子的加速次數(shù)越多,粒子的最大動能一定越大解析:由圖可知粒子在單個D形盒內(nèi)運動的時間為tn-tn-1,由于在磁場中粒子運動的周期與速度無關(guān),A正確;高頻電源的變化周期為2(tn-tn-1),B錯誤;粒子從“D”形盒邊緣射出時動能最大,此時的速率v=qBrm9.(浙江四校高三聯(lián)考)如圖所示,邊長為L的等邊三角形ABC為兩有界勻強(qiáng)磁場的理想邊界,三角形內(nèi)的磁場方向垂直紙面向外,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,三角形外的磁場(足夠大)方向垂直紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小也為B.把粒子源放在頂點A處,它將沿∠A的角平分線發(fā)射質(zhì)量為m、電荷量為q、初速度為v0的帶電粒子(粒子重力不計).若從A射出的粒子(T=2π①帶負(fù)電,v0=qBLm,第一次到達(dá)C點所用時間為t②帶負(fù)電,v0=qBL2m③帶正電,v0=qBLm,第一次到達(dá)C點所用時間為t④帶正電,v0=qBL2mA.t1=16T B.t2=1C.t3=56T D.t4解析:由r=mvBq得當(dāng)v0=qBLm和v0=qBL2m時半徑分別為r1=L和r2=L2,畫出③、④運動軌跡如圖所示,設(shè)圓弧所對圓心角為α,根據(jù)t=αmBq=α2πT及幾何知識得t1=16T、t2=13T;選項A、B正確.t3三、非選擇題10.(年福建理綜)如圖(甲),空間存在一范圍足夠大的垂直于xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.讓質(zhì)量為m,電荷量為q(q>0)的粒子從坐標(biāo)原點O沿xOy平面以不同的初速度大小和方向入射到該磁場中.不計重力和粒子間的影響.(1)若粒子以初速度v1沿y軸正向入射,恰好能經(jīng)過x軸上的A(a,0)點,求v1的大小.(2)已知一粒子的初速度大小為v(v>v1),為使該粒子能經(jīng)過A(a,0)點,其入射角θ(粒子初速度與x軸正向的夾角)有幾個?并求出對應(yīng)的sinθ值.(3)如圖(乙),若在此空間再加入沿y軸正向、大小為E的勻強(qiáng)電場,一粒子從O點以初速度v0沿y軸正向發(fā)射.研究表明:粒子在xOy平面內(nèi)做周期性運動,且在任一時刻,粒子速度的x分量vx與其所在位置的y坐標(biāo)成正比,比例系數(shù)與場強(qiáng)大小E無關(guān).求該粒子運動過程中的最大速度值vm.解析:(1)帶電粒子以速率v1沿y軸正向射入勻強(qiáng)磁場B中做勻速圓周運動,半徑為R1,有qv1B=mv12當(dāng)粒子轉(zhuǎn)過半個圓周至A點,該圓周半徑R1=a2由②代入①式得v1=qBa2m.(2)如圖,O、A兩點處于同一圓周上,且圓心在x=a2的直線上,半徑為R2當(dāng)給定一個初速率v時,有2個入射角,分別在第1、2象限,有sinθ'=sinθ=a2R由①④式解得sinθ=aqB2mv