新教材物理一轮总复习-课时分层作业43带电粒子在组合场中的运动习题.docx

课时分层作业(四十三)带电粒子在组合场中的运动基础强化练1.如图所示是速度选择器的原理图，已知电场强度为E、磁感应强度为B，并且二者相互垂直分布，某一带电粒子(重力不计)沿图中虚线水平通过则该带电粒子()A一定带正电B速度大小为C可能沿QP方向运动D若沿PQ方向运动的速度大于，将一定向下极板偏转2.如图所示，为质谱仪测定带电粒子质量装置的示意图速度选择器(也称滤速器)中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直于纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直于纸面向外在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1，射入速度选择器中，若m甲m乙<m丙m丁，v甲<v乙v丙<v丁，在不计重力的情况下，打在P1、P2、P3、P4四点的离子分别是()A甲、乙、丙、丁B甲、丁、乙、丙C丙、丁、乙、甲D甲、乙、丁、丙32023·河南南阳调研(多选)如图所示，图甲为磁流体发电机原理示意图，图乙为质谱仪原理图，图丙和图丁分别为多级直线加速器和回旋加速器的原理示意图，忽略粒子在图丁的D形盒狭缝中的加速时间，下列说法错误的是()A图甲中，将一束等离子体喷入磁场，A、B板间产生电势差，A板电势高B图乙中，H、H、H三种粒子经加速电场射入磁场，H在磁场中的偏转半径最大C图丙中，加速电压越大，粒子获得的能量越高，比回旋加速器更有优势D图丁中，随着粒子速度的增大，交变电流的频率也应该增大4(多选)如图所示的空间中，匀强电场的方向竖直向下，场强为E，匀强磁场的方向水平向外，磁感应强度为B.有两个带电小球A和B都能在垂直于磁场方向的同一竖直平面内做匀速圆周运动(两小球间的库仑力可忽略)，运动轨迹如图中所示已知两个带电小球A和B的质量关系为mA3mB，轨道半径关系为RA3RB，则下列说法正确的是()A小球A带负电，小球B带负电B小球A带负电，小球B带正电C小球A、B的速度之比为31D小球A、B的周期之比为1352023·广东佛山市二模(多选)据报道，我国空间站安装了现代最先进的霍尔推进器用以空间站的轨道维持如图乙，在很窄的圆环空间内有沿半径向外的磁场1，其磁感强度大小可近似认为处处相等；垂直圆环平面同时加有匀强磁场2和匀强电场(图中没画出)，磁场1与磁场2的磁感应强度大小相等，已知电子电量为e，质量为m，若电子恰好可以在圆环内沿顺时针方向做半径为R、速率为v的匀速圆周运动则以下说法正确的是()A电场方向垂直环平面向外B电子运动周期为C垂直环平面的磁感应强度大小为D电场强度大小为6(多选)如图甲是回旋加速器D形盒外观图，如图乙是回旋加速器工作原理图微观粒子从S处由静止开始被加速，达到其可能的最大速度vm后将到达导向板处，由导出装置送往需要使用高速粒子的地方下列说法正确的是()AD形盒半径是决定vm的一个重要因素B粒子从回旋加速器的磁场中获得能量C高频电源的电压是决定vm的重要因素D高频电源的周期等于粒子在磁场中的运动周期7.电子感应加速器是利用感生电场加速电子的装置，基本原理如图所示图中上半部分为侧视图，S、N为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一环形真空室，图中下半部分为真空室的俯视图电磁铁线圈中电流发生变化时，产生的感生电场可以使电子在真空室中加速运动已知电子的带电荷量为e1.6×1019C，质量为m9.1×1031kg，初速度为零，在变化的磁场作用下运动轨迹半径恒为R0.455m，电子轨迹所在处的感生电场的电场强度大小恒为E9.1V/m，方向沿轨迹切线方向，电子重力不计求：(1)经时间t5×103s电子获得的动能Ek(结果保留两位有效数字)；(2)t5×103s时刻电子所在位置的磁感应强度B的大小8.如图所示，竖直方向的虚线1的右侧(包括边界虚线1)存在范围足够大的匀强磁场，方向垂直纸面向外，竖直方向的虚线2的右侧(包括边界虚线2)同时存在竖直向上的匀强电场，两虚线之间的距离为L，虚线1的S处有一粒子发射源，能向虚线1右侧的各个方向沿纸面发射一系列速度大小相等的带正电粒子，已知所有粒子的比荷均为k，磁场的磁感应强度大小为B，电场强度大小为E，粒子的初速度大小为vBkL，忽略粒子间的相互作用以及粒子的重力求：(1)粒子能到达虚线2的区域长度以及粒子在两虚线间运动的最短时间；(2)垂直虚线2进入虚线2右侧的粒子，当洛伦兹力大小与电场力大小相等时，该点与进入点间的电势差能力提升练92023·湖南常德市模拟某化工厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，测量管由绝缘材料制成，其长为L、直径为D，左右两端开口，在前后两个内侧面a、c固定有金属板作为电极，匀强磁场方向竖直向下污水(含有大量的正、负离子)充满管口从左向右流经该测量管时，a、c两端的电压为U，显示仪器显示污水流量Q(单位时间内排出的污水体积).则()Aa侧电势比c侧电势低B污水中离子浓度越高，显示仪器的示数越大C污水流量Q与U成正比，与L、D无关D匀强磁场的磁感应强度B10.如图所示，一倾角为30°、足够长的绝缘粗糙斜面固定在正交的匀强电场和匀强磁场中，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里一质量为m、电荷量为q的带正电小物块甲被固定装置固定在斜面上；另一质量为m的光滑绝缘小物块乙在甲上方的斜面上由静止释放，在与甲发生弹性正碰(碰撞时间极短)前瞬间突然解除甲的固定装置，碰后将乙立即拿走，碰后瞬间甲的速度大小为v，甲在斜面上运动的最大距离为L.已知重力加速度大小为g，场强大小E，磁感应强度大小B，甲的电荷量始终保持不变(1)求乙释放时与甲间的距离d.(2)求甲在斜面上运动的最大速度vm1以及甲克服摩擦力做的功Wf.11.如图，在平面直角坐标系xOy的第一象限内，OM与y轴正方向的夹角为30°，OM和y轴之间的区域有沿x轴负方向的匀强电场，在第四象限内有垂直于纸面向里的匀强磁场一质量为m，电荷量为q(q>0)的带正电的粒子以速度v0从y轴上的P点与y轴正方向成60°夹角沿纸面射入磁场，经磁场偏转后垂直于x轴射出磁场，又从OM上的Q点(图中未标出)进入匀强电场，最后打到y轴上的N点(图中未标出)，已知P点的坐标为(0，L)，电场强度的大小为E，不计粒子的重力求：(1)匀强磁场磁感应强度的大小B；(2)粒子由P点进入磁场到运动到y轴上的N点所经历的时间t；(3)N点的坐标课时分层作业（四十三）1解析：速度选择器不选择电性，只选择速度，粒子不一定带正电，选项A错误；根据电场力等于洛伦兹力知，qEqvB，解得v，选项B正确；粒子只能沿PQ方向运动，不能沿QP方向运动，选项C错误；由于不知道粒子的电性，若运动的速度大于，无法确定粒子偏转方向，选项D错误答案：B2解析：对打在P1点的离子，有qvB1<qE，v最小，故为甲离子；对打在P2点的离子，有qvB1>qE，v最大，故为丁离子；打在P3点的离子与打在P4点的离子相比，r3<r4，由r，又v乙v丙，故打在P3点的离子小，即为乙离子故选项B正确答案：B3解析：图甲，将一束等离子体喷入磁场，由左手定则得，正离子向下偏转，负离子向上偏转，A、B两板会产生电势差，且B板电势高，选项A错误，符合题意；质谱仪中，粒子经电场加速有qUmv2，在磁场中运动时，由洛伦兹力提供向心力有qvBm，联立解得R，由此可知在磁场中偏转半径最大的是比荷（）最小的粒子，H、H、H三种粒子电荷量相同，H质量最大，所以H在磁场中的偏转半径最大，选项B正确，不符合题意；粒子通过多级直线加速器加速，加速电压越大，粒子获得的能量越高，但要产生这种高压所需的技术要求很高，同时加速装置的长度也要很长，故多级直线加速器不一定比回旋加速器更有优势，选项C错误，符合题意；在回旋加速器中带电粒子经过电场多次加速后，速度越来越大，在磁场中做匀速圆周运动的半径r；又T，整理得粒子的运动周期为T，所以粒子的运动周期不变，故交变电流的频率不变，选项D错误，符合题意答案：ACD4解析：因为两小球在复合场中都能做匀速圆周运动，均满足mgqE，所受静电力均向上，所以两小球均带负电，A正确，B错误；由洛伦兹力提供向心力，有qvBm，联立可得v·R，所以，C正确；由周期公式T，故小球A、B的周期之比为11，D错误答案：AC5解析：根据左手定则可知电子在圆环内受到沿半径向外的磁场1的洛伦兹力方向垂直环平面向里，电场力需要与该洛伦兹力平衡，电场力方向应垂直环平面向外，由于电子带负电，故电场方向垂直环平面向里，A错误；电子在圆环内沿顺时针方向做半径为R、速率为v的匀速圆周运动，则电子运动周期为T，B正确；电子在圆环内受到磁场2的洛伦兹力提供电子做圆周运动的向心力，则有evBm，解得B，C正确；电子在垂直环平面方向受力平衡，则有eEevB，解得E，D正确答案：BCD6解析：回旋加速器中的加速粒子最后从磁场中做匀速圆周运动离开，根据半径公式R，可得vm，则粒子的最大速度与加速的电压无关，而与D形盒的半径、磁感应强度以及粒子的电荷量和质量有关，D形盒半径越大，vm越大；磁场越强，vm越大，A正确，C错误；回旋加速器是利用电场加速、磁场偏转来加速粒子的，B错误；粒子在磁场中转动两个半圆的过程，电场的方向变换两次，则T电2×T磁，D正确答案：AD7解析：（1）电子一直受到沿切线方向的电场力而不断加速由牛顿第二定律得eEma由运动学规律知vat由动能表达式知Ekmv2解得Ek2.9×1011J.（2）电子一直受到指向圆心的洛伦兹力而不断改变速度的方向由牛顿第二定律得evBm解得B0.1T.答案：（1）2.9×1011J（2）0.1T8解析：（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力可得qvBm则粒子的轨迹半径为RL，作出部分粒子的运动轨迹如图所示，显然竖直向上发射的粒子偏转个圆周后，到达虚线2的点最高，水平向右发射的粒子偏转个圆周后，运动轨迹与虚线2相切，此时粒子到达虚线2的点最低，由几何关系可知粒子能到达虚线2的区域长度为d2L，过S点作虚线2的垂线，垂足为A，以SA为弦的轨迹如图所示，分析可知此情况下粒子在两虚线间运动的时间最短，由几何关系得圆弧所对应的圆心角为60°粒子在两虚线间磁场中运动的周期为T，则粒子在两虚线间磁场中运动的最短时间为tT，解得t.（2）由第（1）问的分析可知由S点竖直向上发射的粒子由C点垂直虚线2进入叠加场，粒子所受的洛伦兹力大小为qvB，粒子所受的电场力大小为qE，由于电场力小于洛伦兹力，粒子将向下偏转，当洛伦兹力与电场力大小相等时，设粒子的速度为v，则有qvBqE，解得v，对粒子由动能定理得qUmv2mv2解得U.答案：（1）2L（2）9解析：污水中正、负离子从左向右移动，受到洛伦兹力，根据左手定则，正离子向后表面偏，负离子向前表面偏转，所以a侧电势比c侧电势高，故A错误；最终正、负离子会在静电力和洛伦兹力作用下处于平衡状态，有qEqvB，即vB，则污水流量Q·，可知Q与U、D成正比，与L无关，显示仪器的示数与离子浓度无关，匀强磁场的磁感应强度B，故D正确，B、C错误答案：D10.解析：（1）设乙与甲碰撞前瞬间的速度大小为v1，碰后速度大小为v2，则乙从由静止释放到与甲碰撞前瞬间的过程中，根据机械能守恒定律有mgdsin·mv.乙与甲发生弹性正碰的过程，根据动量守恒定律和机械能守恒定律有mv1mv2mv，·mv·mvmv2，解得d.（2）甲在斜面上运动的速度达到最大时，对甲进行受力分析，如图所示，可知在垂直斜面的方向上有qvm1BqEsinmgcos，解得vm13v.甲在斜面上运动的过程中，根据动能定理有mgsin·LqEcos·LWfmvmv2解得WfmgL4mv2.答案：（1）（2）3vmgL4mv211解析：（1）粒子以速度v0从y轴上的P点与y轴正方向成60°夹角射向磁场，经磁场偏转后垂直于x轴射出磁场，作出粒子在磁场中的轨迹如图所示，A点为粒子轨迹圆的圆心，D为射出磁场的点，AP和AD为轨迹圆半径，设轨迹圆半径为r，根据几何关系知r2L.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有qv0B解得匀强磁场磁感应强度的大小B.（2）带电粒子在磁场中运动的周期为T根据几何关系可得带电粒子在磁场中运动的圆心角为60°，则在磁场中运动的时间为t1T粒子射出磁场后至进入电场前做匀速直线运动，根据几何关系可得ODrrcos60°L，DQL粒子在DQ段运动的时间t2带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场，在电场中做类平抛运动根据牛顿第二定律有qEma根据几何关系可得带电粒子在沿电场方向的位移为ODL，根据运动学公式在沿电场方向有Lat已知电场强度大小为E以上各式联立解得t3粒子由P点进入磁场运动到y轴上的N点所经历的时间tt1t2t3L.（3）粒子在电场中沿y轴方向的位移为y1v0t3LN点的纵坐标为yNDQy1联立解得yN（1）L，则N点的坐标为0，（1）L.答案：（1）（2）L（3）0，（1）L