2022版高考物理一轮复习-课后集训24-带电粒子在复合场中的运动.doc

2022版高考物理一轮复习 课后集训24 带电粒子在复合场中的运动2022版高考物理一轮复习 课后集训24 带电粒子在复合场中的运动年级：姓名：- 13 -课后限时集训(二十四)(时间：40分钟)1.(2020广东韶关质检)如图所示，一个静止的质量为m、带电荷量为q的粒子(不计重力)，经电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场，粒子在磁场中转半个圆周后打在P点，设OPx，能够正确反应x与U之间的函数关系的是()ABCDB由动能定理得qUmv2由牛顿第二定律得qvBx2r解得x故B项正确。2.(多选)如图所示，a、b是一对平行金属板，分别接到直流电源的两极上，使a、b两板间产生匀强电场(场强大小为E)，右边有一块挡板，正中间开有一小孔d，在较大空间范围内存在着匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。从两板左侧中点c处射入一束正离子(不计重力)，这些正离子都沿直线运动到右侧，从d孔射出后分成三束，则下列判断正确的是()A这三束正离子的速度一定不相同B这三束正离子的比荷一定不相同Ca、b两板间的匀强电场方向一定由a指向bD若这三束离子改为带负电而其他条件不变，则仍能从d孔射出BCD因为三束正离子在两极板间都是沿直线运动的，电场力等于洛伦兹力，可以判断三束正离子的速度一定相同，且电场方向一定由a指向b，A错误，C正确；在右侧磁场中三束正离子运动轨迹半径不同，可知这三束正离子的比荷一定不相同，B正确；若将这三束离子改为带负电，而其他条件不变的情况下分析受力可知，三束离子在两板间仍做匀速直线运动，仍能从d孔射出，D正确。3.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()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有关C高频电源只能使用矩形交变电流，不能使用正弦式交变电流D不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速粒子A由T，T，可得质子被加速后的最大速度为2fR，其不可能超过2fR，质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关，选项A正确，B错误；高频电源可以使用正弦式交变电源，选项C错误；要加速粒子，高频交流电周期必须变为粒子在其中做圆周运动的周期，即T，选项D错误。4.(2019济宁市模拟)为监测某化工厂的含有离子的污水排放情况，技术人员在排污管中安装了监测装置，该装置的核心部分是一个用绝缘材料制成的空腔，其宽和高分别为b和c，左、右两端开口与排污管相连，如图所示。在垂直于上、下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在空腔前、后两个侧面上各有长为a的相互平行且正对的电极M和N，M、N与内阻为R的电流表相连。污水从左向右流经该装置时，电流表将显示出污水排放情况。下列说法中错误的是()AM板比N板电势低B污水中离子浓度越高，则电流表的示数越小C污水流量越大，则电流表的示数越大D若只增大所加磁场的磁感应强度，则电流表的示数也增大B污水从左向右流动时，根据左手定则，正、负离子在洛伦兹力作用下分别向N板和M板偏转，故N板带正电，M板带负电，A正确。稳定时带电离子在两板间受力平衡，可得qvBq，此时UBbv，又因流速v，故U，式中Q是流量，可见当污水流量越大、磁感应强度越强时，M、N间的电压越大，电流表的示数越大，而与污水中离子浓度无关，B错误，C、D正确。5.(多选)(2019温州中学模拟)在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子P和P3，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图所示。已知离子P在磁场中转过30后从磁场右边界射出。在电场和磁场中运动时，离子P和P3()A在电场中的加速度之比为11B在磁场中运动的半径之比为21C在磁场中转过的角度之比为12D离开电场区域时的动能之比为13CD两个离子的质量相同，其带电荷量之比是13的关系，所以由a可知，其在电场中的加速度之比是13，故A错误；要想知道半径必须先知道进入磁场的速度，而速度的决定因素是加速电场，所以在离开电场时其速度表达式为：v，可知其速度之比为1。又由qvBm知，r，所以其半径之比为1，故B错误；由B项分析知道，离子在磁场中运动的半径之比为1，设磁场宽度为L，离子通过磁场转过的角度等于其圆心角，所以sin ，则可知角度的正弦值之比为1，又P的偏转角度为30，可知P3的偏转角度为60，即在磁场中转过的角度之比为12，故C正确；由电场加速后：qUmv2可知，两离子离开电场的动能之比为13，故D正确。6(多选)如图所示，为研究某种射线装置的示意图。射线源发出的射线以一定的初速度沿直线射到荧光屏上的中央O点，出现一个亮点。在板间加上垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场后，射线在板间做半径为r的圆周运动，然后打在荧光屏的P点。若在板间再加上一个竖直向下电场强度为E的匀强电场，亮点又恰好回到O点，由此可知该射线粒子()A带正电B初速度为vC比荷为D比荷为AD由题意知粒子带正电。由qvBm得rEqqvB解得：，故A、D正确。7. (多选)如图所示，空间存在竖直向上、大小为E的匀强电场和沿水平方向、垂直于纸面向里、大小为B的匀强磁场，一个质量为m的带电小球用长为L的绝缘细线吊着悬于O点，给小球一个水平方向的初速度，小球在竖直面内做匀速圆周运动，细线张力不为零；某时刻细线断开，小球仍做半径为L的匀速圆周运动，不计小球的大小，重力加速度为g，则()A细线未断时，小球沿顺时针方向运动B小球的带电荷量为C小球运动的速度大小为D细线未断时，细线的拉力大小为ABD小球做匀速圆周运动，说明电场力与重力等大反向，小球带正电，qEmg，q，B项正确；由于细线断了以后，小球仍做半径为L的匀速圆周运动，因此细线未断时，小球沿顺时针方向运动，TqvBm，细线断了以后小球沿逆时针方向运动，qvBm，得到v，细线的拉力大小T，C项错误，A、D项正确。8.(2020江苏省三校模拟)质谱仪装置原理图如图所示，某种带电粒子经电场加速后从小孔O以相同的速率沿纸面射入匀强磁场区，磁场方向垂直纸面向外，已知从O点射出的粒子有微小发散角2。且左右对称。结果所有粒子落点在乳胶底片的P1P2直线区间，下列说法正确的是()A打在P2点粒子一定是从O点垂直板射入的粒子B打在P2点粒子一定是从O点右偏射入的粒子C打在P1点粒子一定是从O点左偏射入的粒子D打在P1点粒子一定是在磁场中运动时间最短的粒子A粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，则有qvB，解得R，由于粒子的速率相同，所以粒子在磁场中做圆周运动的半径相同。由几何关系可得粒子在乳胶底片落点与O点的距离为L2Rcos 。当发散角0时，粒子在乳胶底片落点与O点的距离最大，即打在P2点粒子一定是从O点垂直板射入的粒子；当发散角最大时，粒子在乳胶底片落点与O点的距离最小，即打在P1点粒子一定是从O点左偏发散角最大或右偏发散角最大射入的粒子，从O点右偏发散角最大射入的粒子在磁场中运动对应的圆心角最小，从O点左偏发散角最大射入的粒子在磁场中运动对应的圆心角最大。根据tT可知从O点右偏发散角最大射入的粒子的运动时间最短，从O点左偏发散角最大射入的粒子的运动时间最长，故选项A正确，B、C、D错误。9.如图所示，边长为L的等边三角形ADC为两有界匀强磁场的理想边界，三角形内的磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B，三角形外的磁场(足够大)方向垂直纸面向里，磁感应强度大小也为B。把粒子源放在顶点A处，它将沿A的角平分线发射质量为m、电荷量为q、初速度为v0的带电粒子(粒子重力不计)。粒子在磁场中运动的周期为T，对从A射出的粒子()A若带负电，v0，第一次到达C点所用时间为t1TB若带负电，v0，第一次到达C点所用时间为t2TC若带正电，v0，第一次到达C点所用时间为t3TD若带正电，v0，第一次到达C点所用时间为t4TA粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供圆周运动的向心力，甲乙当v0，由Bqv0有rL，根据几何关系作出运动轨迹，如图甲所示，根据轨迹可知，当粒子带正电，粒子经过一个周期到达C点，即t3T，选项C错误；当粒子带负电，粒子经过第一次到达C点，即t1，选项A正确；当v0，由Bqv0得r，根据几何关系作出轨迹如图乙所示，由轨迹可知，当粒子带正电，粒子经过到达C点，即t4，选项D错误；当粒子带负电，粒子经过第一次到达C点，即t2，选项B错误。10.(2017天津高考)平面直角坐标系xOy中，第象限存在垂直于平面向里的匀强磁场，第象限存在沿y轴负方向的匀强电场，如图所示。一带负电的粒子从电场中的Q点以速度v0沿x轴正方向开始运动，Q点到y轴的距离为到x轴距离的2倍。粒子从坐标原点O离开电场进入磁场，最终从x轴上的P点射出磁场，P点到y轴距离与Q点到y轴距离相等。不计粒子重力，问：(1)粒子到达O点时速度的大小和方向；(2)电场强度和磁感应强度的大小之比。解析(1)在电场中，粒子做类平抛运动，设Q点到x轴距离为L，到y轴距离为2L，粒子的加速度为a，运动时间为t，有2Lv0tLat2设粒子到达O点时沿y轴方向的分速度为vyvyat设粒子到达O点时速度方向与x轴正方向夹角为，有tan 联立式得45即粒子到达O点时速度方向与x轴正方向成45角斜向上。设粒子到达O点时速度大小为v，由运动的合成有v联立式得vv0。(2)设电场强度为E，粒子所带电荷量为q，质量为m，粒子在电场中受到的电场力为F，由牛顿第二定律可得Fma又FqE设磁场的磁感应强度大小为B，粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R，所受的洛伦兹力提供向心力，有qvBm由几何关系可知RL联立式得。答案(1)v0，速度方向与x轴正方向成45角斜向上(2)11(2021江苏新高考适应性考试)跑道式回旋加速器的工作原理如图所示。两个匀强磁场区域、的边界平行，相距为L，磁感应强度大小相等、方向垂直纸面向里。P、Q之间存在匀强加速电场，电场强度为E，方向与磁场边界垂直。质量为m、电荷量为q的粒子从P飘入电场，多次经过电场加速和磁场偏转后，从位于边界上的出射口K引出，引出时的动能为Ek。已知K、Q的距离为d。(1)求粒子出射前经过加速电场的次数N；(2)求磁场的磁感应强度大小B；(3)如果在t时间内有一束该种粒子从P点连续飘入电场，粒子在射出K之前都未相互碰撞，求t的范围。解析(1)根据动能定理W合Ek，因为只有电场力做功，故NqELEk，N。(2)由题可得，粒子圆周运动的半径R，粒子在匀强磁场中，洛伦兹力提供向心力，故qvBm，B，将v、R代入得B。(3)临界情况为第1个粒子在加速了N次后在Q点刚好和加速了(N1)次的最后一个粒子相碰。则两粒子的时间差为最后一个粒子从Q点出发运动最后一圈的时间。如图所示，这一圈由四段运动组成，其中在磁场中运动的时间为T，将B代入得Td，此时最后一个粒子的动能为EkqEL，速度v1，匀速运动的时间为t1，最后一段的PQ的匀加速直线运动的时间，t2()，所以tt1t2T()d。答案(1)(2)(3)0t()d12(多选)自行车速度计利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率。如图甲所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器会输出一个脉冲电压。图乙为霍尔元件的工作原理图。当磁场靠近霍尔元件时，导体内定向运动的自由电荷在磁场力作用下偏转，最终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，即为霍尔电势差。下列说法正确的是()甲乙A根据单位时间内的脉冲数和自行车车轮的半径即可获知车速大小B自行车的车速越大，霍尔电势差越高C图乙中霍尔元件的电流I一定是由正电荷定向运动形成的D如果长时间不更换传感器的电源，霍尔电势差将减小AD根据单位时间内的脉冲数可知车轮转动的转速，若再已知自行车车轮的半径，根据v2rn即可获知车速大小，选项A正确；根据霍尔原理可知qBqv，UBdv，即霍尔电压只与磁感应强度、霍尔元件的厚度以及电子定向移动的速度有关，与车轮转速无关，选项B错误；图乙中霍尔元件的电流I可能是由电子定向运动形成的，也可能是由正电荷定向移动形成的，选项C错误；如果长时间不更换传感器的电源，则会导致电子定向移动的速率减小，故霍尔电势差将减小，选项D正确。13(2020南京高三模拟)如图甲所示，圆盒为电子发射器，厚度为h，M处是电子出射口，它是宽度为d、长为圆盒厚度的狭缝。其正视截面如图乙所示，D为绝缘外壳，整个装置处于真空中，半径为a的金属圆柱A可沿半径向外均匀发射速率为v的低能电子；与A同轴放置的金属网C的半径为b。不需要电子射出时，可用磁场将电子封闭在金属网以内；若需要低能电子射出时，可撤去磁场，让电子直接射出；若需要高能电子，撤去磁场，并在A、C间加一径向电场，使其加速后射出。不考虑A、C的静电感应电荷对电子的作用和电子之间的相互作用，忽略电子所受重力和相对论效应，已知电子质量为m，电荷量为e。甲乙(1)若需要速度为kv(k1)的电子通过金属网C发射出来，在A、C间所加电压U是多大？(2)若A、C间不加电压，要使由A发射的电子不从金属网C射出，可在金属网内环形区域加垂直于圆盒平面向里的匀强磁场，求所加磁场磁感应强度B的最小值；(3)若在C、A间不加磁场，也不加径向电场时，检测到电子从M射出形成的电流为I，忽略电子碰撞到C、D上的反射效应和金属网对电子的吸收，以及金属网C与绝缘壳D间的距离，求圆柱体A发射电子的功率P。解析(1)对电子经C、A间的电场加速时由动能定理得eUm(kv)2mv2所需加速电压为U。(2)电子在C、A间磁场中做圆周运动时，其轨迹圆与金属网相切时，对应的磁感应强度为BC。设此轨迹圆的半径为r，则evBCm，(br)2r2a2解得r解得最小磁感应强度为BC。(3)法一：设时间t内由M口射出的电子数为n，I，n设时间t内从A中发射的电子数为NNn；圆柱体A发射电子的功率为P。法二：设单位时间内由M口射出的电子数为n，则Ine设单位时间内由A发射出的电子数为N，则Nn圆柱体A发射电子的功率为PNmv2。答案(1)(2)(3)