2022年高考物理期末一模联考新题精选分类解析专题带电粒子在电磁场中的运动 .pdf

《2022年高考物理期末一模联考新题精选分类解析专题带电粒子在电磁场中的运动 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年高考物理期末一模联考新题精选分类解析专题带电粒子在电磁场中的运动 .pdf（21页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、学习好资料欢迎下载十五、带电粒子在电磁场中的运动1. （2013 广东汕头市期末）如图 , 一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场（B）和匀强电场（E）组成的速度选择器，然后粒子通过平板S上的狭缝P，进入另一匀强磁场（B ） ，最终打在AlA2上下列表述正确的是 A. 粒子带负电B. 所有打在AlA2上的粒子， 在磁场B 中运动时间都相同C. 能通过狭缝P的带电粒子的速率等于BED. 粒子打在AlA2上的位置越靠近P，粒子的比荷mq越大答案： CD【命题意图】此题考查质谱仪及其相关知识。解析：根据题图粒子轨迹，利用左手定则可知粒子带正电，选项A错误；根据带电粒子在匀强磁场中运

2、动洛伦兹力等于向心力，其运动周期T=2 mqB, 所有打在AlA2上的粒子， 在磁场B 中运动时间都为半个周期，时间与粒子比荷成反比，选项B错误；带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场（B）和匀强电场（E）组成的速度选择器，满足qE=qvB，能通过狭缝P的带电粒子的速率等于v=BE，选项C 正确；根据带电粒子在匀强磁场中运动洛伦兹力等于向心力，其轨迹半径r=mv/qB，粒子打在AlA2上的位置越靠近P，轨迹半径r 越小，粒子的比荷mq越大，选项 D正确。B 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 21 页学习好资料

3、欢迎下载2（ 16 分） （2013 江苏南京盐城一模）如图所示，在半径为BqmR0的圆形区域内有水平向里的匀强磁场，磁感应强度B，圆形区域右侧有一竖直感光板，从圆弧顶点 P以速率0的带正电粒子平行于纸面进入磁场，已知粒子的质量为m ，电量为q，粒子重力不计。若粒子对准圆心射入，求它在磁场中运动的时间；若粒子对准圆心射入，且速率为30，求它打到感光板上时速度的垂直分量；若粒子以速度0从 P点以任意角入射， 试证明它离开磁场后均垂直打在 感光板上。2解析（1）设带电粒子进入磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为r，由牛顿 第二定律得rmBq200Rr带电粒子在磁场中的运动轨迹为四分之一圆周，轨迹对应的

4、圆心角为2，如图所示，则BqmRt220O P M N B O P M N O1 Q精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 21 页学习好资料欢迎下载3 （ 18 分） （2013 广东东莞市期末）如图所示，在真空中，半径为d的虚线所围的圆形区域内只存在垂直纸面向外的匀强磁场，在磁场右侧有一对平行金属板M和 N，两板间距离也为d，板长为l板间存在匀强电场，两板间的电压为U0。两板的中心线O1O2, 与磁场区域的圆心 O在同一直线上。有一电荷量为q、质量为m的带正电粒子，以速O P M N O3 S精选学习资料 - - - - -

5、 - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 21 页学习好资料欢迎下载率v0从圆周上的P点沿垂直于半径OOl并指向圆心O的方向进入磁场，从圆周上的O1点飞出磁场后沿两板的中心线 O1O2射入匀强电场，从两板右端某处飞出。不计粒子所受重力。求：(1) 磁场的磁感应强度B的大小(2) 粒子在磁场和电场中运动的总时间(3) 当粒子在电场中经过时间02vlt时，突然改变两金属板带电性质，使电场反向，且两板间电压变为U1，则粒子恰好能从O2点飞出电场，求电压U1和U0的比值3解析： (1) 粒子在磁场中做匀速圆周运动，设圆周运动的半径为r，由牛顿第二定律rvmBqv200（

6、2 分）由几何关系知dr（ 2 分）所以qdmvB0（1 分）(2) 粒子在磁场中运动的周期，qBmT2（2 分）在磁场中运动时间为四分之一个周期，01241vdTt（1 分）粒子在电场中做类平抛运动，平行板的方向做匀速直线运动精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 21 页学习好资料欢迎下载ltvx20（1 分）所以02lt（ 1 分）在电磁场中运动的总时间02122vldttt总（1 分）4 （ 17 分） （2013 四川资阳一模）如图所示，真空中的矩形abcd区域内存在竖直向下的匀强电场，半径为R的圆形区域内同时存在垂直

7、于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，圆形边界分别相切于ad、bc边的中点e、f。一带电粒子以初速度v0沿着ef方向射入该区域后能做直线运动；当撤去磁场并保留电场，粒子以相同的初速度沿着ef方向射入恰能从c点飞离该区域。已知4 33adbcR，忽略粒子的重力。求：（1）带电粒子的电荷量q与质量m的比值qm；（2）若撤去电场保留磁场，粒子离开矩形区域时的位置。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 21 页学习好资料欢迎下载（2）若撤去电场保留磁场，粒子将在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，轨迹如图所示。设粒子离开矩形区域时的位置g离

8、b的距离为x，则由牛顿定律：200vqv Bmr由图中几何关系得：=tanrR11-cot22xabad联解得：=3Rx评分参考意见：本题满分17 分，其中式各2 分，式各1 分；若有其他合理解法且答案正确，可同样给分。e f O R a b r B g c d 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 21 页学习好资料欢迎下载5 （ 19 分） (2013 河南平顶山期末) 如图所示，在xoy平面内的第一象限有一以 PQ为边界、 沿y轴负向的匀强电场E，在第四象限有垂直于xoy平面的匀强磁场B。某时有质量和电荷量均为m 、q的

9、正粒子a、b同时从 P点以垂直于y 轴的速度进入电场，速度大小分别为v0、2v0，b 粒子从 Q点进入磁场。 P 、Q的坐标分别是（0，l） 、 （2l ，0） 。不计重力，不考虑粒子间的相互作用和可能发生的碰撞。（1）求电场强度E的大小。（2）调节磁感应强度B使粒子b首次在磁场中运动的时间跟在电场中运动的时间相等，设这一时间为TO，求TO及对应的磁感应强度B。（3）在保持上述磁感应强度不变的情况下，求当 a、b 中的一个粒子第二次到达x轴时另一粒子的y 坐标，最终表达式的系数保留一位小数即可。（半角公式2cos12cos) 解析：（ 18 分）（1）以 b 为对象可知，22qEytm（2 分

10、）02xv t（2 分）且y=l，x=2l解得：202mvEql（ 2分）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 21 页学习好资料欢迎下载（3）设粒子离开电场时速度方向与x 轴夹角为为：12tanOQOP即与 x 轴夹角为为450（1 分）a 粒子在电场中运动时间：102altva 粒子离开电场运动到x 轴的时间：2034altva 粒子从P 点运动到x 轴的时间：12005544aaaltttTv（1 分）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 21 页学习好

11、资料欢迎下载故： a 粒子比 b 粒子晚进入磁场的时间：014tTb 粒子离开磁场到达x 轴时， a 在磁场中运动了043T，即到达图中的R点a 进入磁场的速度02vva（1 分）由rvmqvB2得：（ 1 分）lqBmvraa22（1 分）R的y坐标为：y=ra(cos45 -cos22.5 )=-0.2l（1 分）6 （19 分） （2013 四川资阳一模）如图所示，平面直角坐标系的y轴竖直向上，x轴上的P点与Q点关于坐标原点O对称，距离为2a。有一簇质量为m、 带电量为 +q的带电微粒， 在xoy平面内，从P点以相同的速率斜向右上方的各个方向射出（即与x轴正方向的夹角 ，0 90） ，经

12、过某一个垂直于xoy平面向外、磁感应强度大小为B的有界匀强磁场区域后，最终会聚到Q点，这些微粒的运动轨迹关于y轴对称。为使微粒的速率保持不变，需要在微粒的运动空间再施加一个匀强电场。重力加速度为g。求：（1）匀强电场场强E的大小和方向；（2）若一个与x轴正方向成30角射出的微粒在磁场中运动的轨道半径也为a，求微粒从P点运动到Q点的时间t；（3）若微粒从P点射出时的速率为v，试推导微粒在x0 的 区域中精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 21 页学习好资料欢迎下载飞出磁场的位置坐标x与y之间的关系式。6 （19 分）解：（1）

13、由题意知，要保证微粒的速率不变，则微粒所受电场力与重力平衡：-=0qE mg解得：=mgEq，方向竖直向上。（2）设A、C分别为微粒在磁场中运动的射入点和射出点，根据题意画出微粒的运动轨迹如图所示。根据几何关系可得：2=2360ACa=- tancosaPAa 设微粒运动的速率为v，由牛顿定律：2=vqvB ma微粒从P点运动到Q运动的路程为s，则：=2+sPAAC=stv联解得：(23+)=3mtqB（3）根据题意作出粒子在x0 区域内的运动示意如图所示，设微粒飞出磁场位置为C，在磁场中运动的轨道半径为r，根据牛x y C A Q P O a a O y C Q O r O x y a x

14、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 21 页学习好资料欢迎下载顿定律和几何关系可得：2=vqvB mr= sinx r=(- tan )sincosayr联解得：222222(-)=-Bq ax xym vB q x评分参考意见：本题满分20 分，其中式3 分，式各2 分，式各1 分；若有其他合理解法且答案正确，可同样给分。7 （湖北省荆门市2012-2013 学年度高三元月调考）如图所示，在铅板A上放一个放射源C， 可向各个方向射出速率为v的 射线 （即高速电子流） ，B为金属网，A、B连接在电路上，电源电动势为E，内阻

15、为r，滑动变阻器的总阻值为R。图中滑动变阻器滑片置于中点，AB间的间距为d，M为足够大的荧光屏，M紧挨着金属网外侧。已知 粒子质量为m，电量为e。不计 射线所形成的电流对电路的影响，求：（1） 粒子到达金属网B的最长时间是多少? （2）切断开关S，并撤去金属网B，加上垂直纸面向里、范围足够大的匀强磁场，磁感应强度为B，设加上磁场后 粒子仍能到达荧光屏，且其运动轨迹半径rd，则在荧光屏上发亮区的长度是多少？25 题解：（15 分） （1） 由闭合电路欧姆定律得：I = E R+ r 1分精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 2

16、1 页学习好资料欢迎下载UAB= 2RI = ER2(R+r) 1 分由EAB = UAB d = ER2(R+r)d 1 分 粒子在两板间运动只受电场力作用，其加速度为a = F m = mABeE= eER2(R+r)dm 2 分分析可知， 沿A板方向射出的 粒子做类似平抛运动到达B板所用时间最长1 分根据：d =1 2 a t2，所以t=ad2=eERrRm2d）（ 1 分a b c rro ov v v d A B 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 21 页学习好资料欢迎下载8 （湖北省荆门市2012-2013

17、学年度高三元月调考）如图所示，在直角坐标系Oxyz中存在磁感应强度为hgqmB2，方向竖直向下的匀强磁场，在(0 ，0，h) 处固定一电量为+q(q0)的点电荷， 在xOy平面内有一质量为m，电量为q的微粒绕原点O沿图示方向作匀速圆周运动。 （重力加速度为g）（1）关于电量为q的微粒的运动，下列分析中正确的是A微粒受到的库仑力始终沿着两个点电荷的连线向上精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 21 页学习好资料欢迎下载B微粒受到的洛伦兹力始终指向坐标原点OC若微粒 做圆周运动的轨道半径为r，则它做圆周运动的过程中，必然满足等式

18、：hmghrhrkq22222)(D微粒做匀速圆周运动的向心力仅由库仑力的水平分量提供E微粒所受到的库仑力和洛伦兹力都是变力（2）该微粒的圆周运动可以等效为环形电流，求等效环形电流强度I。解析： （15 分）（1）ACE 6 分（2） （9 分）解：电量为q的微粒受力如图，设微粒做圆周运动的轨道半径为r，则在z轴方向有：mghrhrhkq22222)(即：hmghrhrkq22222)( 2分水平方向有：22222224)(TmrBqvhrhrrkq 2 分其中 ：v=Tr2 2分将式、已知条件B代入结合式可得：T =gh)12(2 2分等效环形电流为：I=hgqTq212 1分精选学习资料

19、- - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 21 页学习好资料欢迎下载9. （ 18 分） （2013 广东茂名高考模拟）如图所示装置中，区域I 和中分别有竖直向上和水平向右的匀强电场，电场强度分别为 E和2E； 区域内有垂直纸面向外的水平匀强磁场，磁感应强度为B。一质量为 m 、带电量为q 的带负电粒子（不计重力）从左边界 O点正上方的M点以速度 V0水平射人电场，经水平分界线OP上的 A点与 OP成 600角射入区域的磁场，并垂直竖直边界CD进入区域的匀强电场中。求：(1) 粒子在区域匀强磁场中运动的轨道半径(2)O 、M间的距离(3) 粒

20、子从 M点出发到第二次通过CD边界所经历的时间解析 （18 分）(2) 设粒子在电场中运动时间为1t，加速度为a。则有maqE（ 1 分）1060tanat（ 1分）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 21 页学习好资料欢迎下载即qEmt013（ 1 分）O、M两点间的距离为qEmatL23212021（ 2 分）(3) 设粒子在区域磁场中运动时间为2t则由几何关系知qBmTt3612（ 2 分）设粒子在区域电场中运行时间为3t，mqEmEqa22（ 1 分）则qEmaat0038222（ 2 分）粒子从 M点出发到第二次

21、通过CD边界所用时间为qEmtttt03213qBmqEmqEmqBm3)38(8300（ 2 分）10. (20 分）（ 2013 四川省自贡市二诊）如图所示，一带电微粒质量为kg、电荷量、, 从静止开始经电压为的电场加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中，微粒射出电场时的偏转角，并接着进入一个方向垂直纸面向里、宽度为D=34.6 cm的匀强磁场区域。已知偏转电场屮金属板长L=20 cm,两板间距d=17.3 cm, 重力忽略不计。求：带电微粒进入偏转电场时的速率v1偏转电场中两金属板间的电压U2, 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - -

22、-第 16 页，共 21 页学习好资料欢迎下载为使带电微粒不会由磁场右边射出，该匀强磁场的磁感应强度B 至少多大？解析 (20 分) 由动能定理有：21121mvqUmqUv112=1.0 104 m/s 设微粒在偏转电场中运动时间为t, 加速度为a，做类平抛运动。水平方向：tLv1竖直方向：qdU2= ma出 电 场 时 竖 直 方 向 的 速 度 ：v2=at 由 几 何 关 系tan=12vv由 式 解 得 ：tan212LdUU=100 V 微粒进入磁场做匀速圆周运动，设轨道半径为R，由几何关系知DRR2设微粒进入磁场时的速度为v/0130cosvv由牛顿第二定律有：RvmBvq2由式

23、代入数据解之得：B=0.1 T 若带电粒子不射出磁场，磁感应强度B至少为 0.1 T 。DB UUv L精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 21 页学习好资料欢迎下载11 （19 分） （2013 河北省唐山市期末模拟）如图所示，中心带孔的平行板电容器水平放置，板长L=0.4m，板间距离为d=0.6m，两板间电压U=6V ，使板间产生匀强电场（电场只存在于两板间）。一带电微粒在正对小孔上方距小孔h=08m高处由静止释放，经t=0.55s从下极板小孔处穿出。 （不计空气阻力，g=10m/s2）求：（1）微粒进入上极板小孔时的

24、速度及在两极板间运动的时间；（2）若在两极板间再加一垂直纸面的匀强磁场，其他条件不变，微粒仍从原来位置由静止释放，为使微粒从两极板右侧偏出，求所加磁场的磁感应强度的方向及大小应满足的条件。（2）未加磁场前，根据微粒在电场中运动时间，可判定在进入电场精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 21 页学习好资料欢迎下载后做匀速运动。Eq=mg式中dUE加磁场B后，微粒做匀速圆周运动，若微粒恰好从上极板右边缘偏出，则微粒做圆周运动的半径为R1，则41LR若微粒恰好从下极板右边缘偏出，半径为R2，则利用几何关系得22222)2(LRdR

25、利用RvmqvB2代入数值后可解得：4TB 40T根据未加磁场前微粒做匀速运动可判断微粒带负电，再利用左手定则可判断磁感应强度方向垂直纸面向外。（3）式1 分，其它每式2分，其它方法正确同样得分）12（ 18 分）（ 2013 江西省景德镇二模）从阴极K发射的电子经电势差U0=4500V的阳极加速后，沿平行于板面的方向从中央射入两块长L1=10cm ，间距d=4cm的平行金属板AB之后，在离金属板边缘L2=75cm处放置一个直径D=20cm 的带有记录纸的圆筒（如图所示），整个装置放在真空内，电子 发 射 的 初 速 度 不 计 。 已 知 电 子 质 量m=0.910-30 kg, 电 子

26、电 量e=1.610-19C, 不考虑相对论效应。（1）若在两金属板上加上U1=1000V的直流电压 （AB） ，为使电子沿入精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 21 页学习好资料欢迎下载射方向做匀速直线运动，应加怎样的磁场？（2）若在两金属板上加上U2=1000cos2t（ V）的交流电压，并使圆筒绕中心轴按图示方向以=4rad/s的角速度匀速转动，确定电子在记录纸上的偏转位移随时间变化的关系式并定性画出1s 钟内所记录的图形。（电子穿过AB的时间很短，可认为这段时间内板间电压不变）（ 2）加交流电压时，A、B两极间场强

27、tdUE2cos105 .2422y x O L2 KPBDL1 dU0 A精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 21 页学习好资料欢迎下载（V/m）(2 分) 电子飞出 板间时偏距2012211)(221vLmeEaty . (2分) 电子飞出板间时竖直速度0121vLmeEatvy从飞离板到达圆筒时偏距202120201222mvLLeEvLmvLeEtvyy . (2分) 在纸上记录落点的总偏距tUELLLyyy2cos922)2(0212121（m ） . (2分) 因圆筒每秒钟转2 周，故在 1s 内，纸上图形如图所示。. (4 分) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 21 页