高考物理大一轮复习 题组层级快练42 第九单元 磁场 4 带电粒子在组合场中的运动专题-人教版高三全册物理试题.doc

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1、题组层级快练(四十二)带电粒子在组合场中的运动专题一、选择题1如图所示为洛伦兹力演示仪的结构图励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直纸面向外，电子束由电子枪产生，其速度方向与磁场方向垂直电子速度的大小和磁场强弱可分别由通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节下列说法正确的是()A仅增大励磁线圈中电流，电子束径迹的半径变大B仅提高电子枪加速电压，电子束径迹的半径变大C仅增大励磁线圈中电流，电子做圆周运动的周期将变大D仅提高电子枪加速电压，电子做圆周运动的周期将变大答案B解析仅增大励磁线圈中电流，磁感应强度增大，由R可知电子束径迹的半径变小，由T可知电子做圆周运动的周期将变小，选项A、C错误；仅提高电子

2、枪加速电压，电子速度增大，由R可知电子束径迹的半径变大，由T可知，电子做圆周运动的周期不变，选项B正确，选项D错误2.(2017贵阳期末检测)如图所示，一个静止的质量为m、电荷量为q的粒子(重力忽略不计)，经加速电压U加速后，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，粒子打到P点，OPx，能正确反映x与U之间关系的是()Ax与U成正比Bx与U成反比Cx与成正比 Dx与成反比答案C解析带电粒子在电场中加速的过程，由动能定理有qUmv2，由几何关系知，带电粒子在磁场运动的轨道半径为R，又因为qvBm，联立以上三式，解得x，即x，选项C正确3.如图是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属

3、盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连，现分别加速氘核(12H)和氦核(24He)下列说法中正确的是()A它们的最大速度相同B它们的最大动能相同C它们在D形盒中运动的周期相同D仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能答案AC解析根据qvBm，得v.两粒子的比荷相等，所以最大速度相等，故选项A正确；最大动能Ekmv2，两粒子的比荷相等，但质量不等，所以最大动能不等，故选项B错误；带电粒子在磁场中运动的周期T，两粒子的比荷相等，所以周期相等，故选项C正确；回旋加速器加速粒子时，粒子在磁场中运动的周期和交流电的周期相同，否则无法加速，故选项D错误4质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具如图

4、所示为质谱仪的原理示意图，现利用质谱仪对氢元素进行测量让氢元素三种同位素的离子流从容器A下方的小孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中氢的三种同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱线”则下列判断正确的是()A进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚B进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚C在磁场中运动时间由小到大排列的顺序是氕、氘、氚Da、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氕、氘、氚答案AC解析氢元素的三种同位素离子均带正电，电荷量大小均为e，经过加速电场，由动能定理有：eUEkmv2，故进入磁场中的动能相同，B项错误；且质量越大

5、的离子速度越小，故A项正确；三种离子进入磁场后，洛伦兹力充当向心力，evBm，解得R，可见，质量越大的圆周运动半径越大，D项错；在磁场中运动时间均为半个周期，t，可见离子质量越大运动时间越长，C项正确5(2017南宁模拟)如图甲所示，一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，不计重力，在a点以某一初速度水平向左射入磁场区域，沿曲线abcd运动，ab、bc、cd都是半径为R的圆弧，粒子在每段圆弧上运动的时间都为t.规定垂直于纸面向外的磁感应强度为正，则磁场区域、三部分的磁感应强度B随x变化的关系可能是图乙中的()答案C解析由左手定则可判断出磁感应强度B在磁场区域、内磁场方向分别为向外、向里和向外，在三

6、个区域中均运动圆周，故t，由于T，求得B，只有选项C正确6.如图所示为一种获得高能粒子的装置，环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调节的均匀磁场，质量为m、电荷量为q的粒子在环中做半径为R的圆周运动，A、B为两块中心开有小孔的极板，原来电势都为零，每当粒子顺时针飞经A板时，A板电势升高为U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间电场中得到加速，每当粒子离开B板时，A板电势又降为零，粒子在电场一次次加速下动能不断增大，而绕行半径不变，粒子自身的重力不计，则()A粒子从A板小孔处由静止开始在电场作用下加速，绕行n圈后回到A板时获得的总动能为2nqUB在粒子绕行的整个过程中，A板电势可以始终保持为UC在粒子

7、绕行的整个过程中，每一圈的周期不变D为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动，磁场必须周期性递增，则粒子绕行第n圈时的磁感应强度为答案D解析粒子在电场中绕行n圈后回到A板时获得的总动能为nqU，选项A错误；在粒子绕行的整个过程中，A板电势有时为U，有时为零，选项B错误；周期T，在粒子绕行的整个过程中，R不变，v变大，由R知，磁感应强度B发生变化，所以T也发生变化，选项C错误；粒子绕行第n圈时，R，又nqUmv2，联立解得B，选项D正确7环形对撞机是研究高能粒子的重要装置，比荷相等的正、负离子都由静止经过电压为U的直线加速器加速后，沿圆环切线方向同时注入对撞机的高真空环状空腔内，空腔内存在着与圆

8、环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B.正、负离子在环状空腔内只受洛伦兹力作用而沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动，然后在碰撞区迎面相撞，不考虑相对论效应，下列说法正确的是()A所加匀强磁场的方向应垂直圆环平面向外B若加速电压一定，离子的比荷越大，磁感应强度B越小C磁感应强度B一定时，比荷相同的离子加速后，质量大的离子动能小D对于给定的正、负离子，加速电压U越大，离子在环状空腔磁场中的运动时间越长答案B解析离子在环状空腔内做圆周运动，洛伦兹力指向圆心，由左手定则可知，磁场方向垂直环面向内，选项A错误；离子加速，由动能定理得qUmv2，而运动的半径r一定，则r，选项B正确，选项C错误；离子在磁

9、场中的运动时间t，与加速电压U的大小无关，选项D错误8如图所示，在第象限内有水平向右的匀强电场，电场强度为E，在第、象限内分别存在如图所示的匀强磁场，磁感应强度大小相等有一个带电粒子以垂直于x轴的初速度v0从x轴上的P点进入匀强电场中，并且恰好与y轴的正方向成45角进入磁场，又恰好垂直于x轴进入第象限的磁场已知OP之间的距离为d，则带电粒子在磁场中第二次经过x轴时，在电场和磁场中运动的总时间为()A. B.(25)C.(2) D.(2)答案D解析带电粒子的运动轨迹如图所示由题意知，带电粒子到达y轴时的速度vv0，这一过程的时间t1.又由题意知，带电粒子在磁场中的偏转轨道半径r2d.故知带电粒子

10、在第象限中的运动时间t2，带电粒子在第象限中运动的时间t3，故t总(2)，选项D正确二、非选择题9如图所示，在平面直角坐标系内，第一象限的等腰三角形MNP区域内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，y0范围内以x轴为电场和磁场的边界，在x0范围内以第三象限内的直线OM为电场与磁场的边界，OM与x轴负方向成45角，在边界的下方空间存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B0.1 T，在边界的上方有沿y轴正方向的匀强电场，场强大小为E32 N/C；在y轴上的P点有一个不计重力的带电微粒，以沿x轴负方向的初速度v02103 m/s射出，已知OP0.8 cm，微粒所带电荷量q51018 C，质量m

11、11024 kg，求：(1)带电微粒第一次进入电场时的位置坐标；(2)带电微粒从P点出发到第三次经过电、磁场边界经历的总时间；(3)带电微粒第四次经过电、磁场边界时的速度大小解析(1)带电微粒从P点开始在磁场中做匀速圆周运动，运动轨迹如图所示，第一次经过磁场边界上的A点，由半径公式可得r4103 m.因为OP0.8 cm，匀速圆周运动的圆心在OP的中点C，由几何关系可知，A点位置的坐标为(4103 m，4103 m)(2)带电微粒在磁场中做匀速圆周运动的周期为T1.256105 s.由图可知，微粒运动四分之一个圆周后竖直向上进入电场，故t1 T0.314105 s.微粒在电场中先做匀减速直线运动到速度为零，然后反向做匀加速直线运动，微粒运动的加速度为a，故在电场中运动的时间为t22.5105 s.微粒再次进入磁场后又做四分之一圆周运动，故t3t10.314105 s，所以微粒从P点出发到第三次经过电、磁场边界的时间为tt1t2t33.128105 s.(3)微粒从B点第三次经过电、磁场边界水平向左进入电场后做类平抛运动，则加速度a1.6108 m/s2，则第四次到达电、磁场边界时，yat42，xv0t4，tan45，解得vyat44103 m/s.则微粒第四次经过电、磁场边界时的速度为v2103 m/s.