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

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1、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0)的带正电的粒子以速度v

2、0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

3、子偏转方向，选项D错误答案：B2解析：对打在P1点的离子，有qvB1qE，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，r3r4，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

4、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vR，所以，C正确；由周期公式T，故小球A、B

5、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，

6、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2T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Ek2.91011J.（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）2.91011J（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

7、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

8、，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v

9、1，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mgdsinmv.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，mvmvmv2，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mgsinLqEcosLWfmvmv2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

10、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ODrrcos60L，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