2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 磁場 課時(shí)作業(yè)26 帶電粒子在組合場中的運(yùn)動(dòng)

2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 磁場 課時(shí)作業(yè)26 帶電粒子在組合場中的運(yùn)動(dòng)1.MN板兩側(cè)都是磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，方向如下圖所示，帶電粒子從a位置以垂直磁場方向的速度開始運(yùn)動(dòng)，依次通過小孔b、c、d，已知abbccd，粒子從a運(yùn)動(dòng)到d的時(shí)間為t，則粒子的比荷為() A. B C. D【解析】粒子從a運(yùn)動(dòng)到d依次經(jīng)過小孔b、c、d，經(jīng)歷的時(shí)間t為3個(gè)，由t3×和T，可得：，故A正確【答案】A2.如圖所示，a、b是兩個(gè)勻強(qiáng)磁場邊界上的兩點(diǎn)，左邊勻強(qiáng)磁場的磁感線垂直紙面向里，右邊勻強(qiáng)磁場的磁感線垂直紙面向外，兩邊的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等電荷量為2e的正離子以某一速度從a點(diǎn)垂直磁場邊界向左射出，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)時(shí)，擊中并吸收了一個(gè)處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子，不計(jì)正離子和電子的重力且忽略正離子和電子間的相互作用，則它們在磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡是() 【解析】正離子以某一速度擊中并吸收了一個(gè)處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子后，速度不變，電荷量變?yōu)閑，由左手定則可判斷出正離子過b點(diǎn)時(shí)所受洛倫茲力方向向下，由r可知，軌跡半徑增大到原來的2倍，所以在磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡是圖D.【答案】D3.如圖所示，在一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)，兩個(gè)方向相反且都垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場分布在以直徑A2A4為邊界的兩個(gè)半圓形區(qū)域、中，已知A2A4與A1A3的夾角為60°.一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子以某一速度從區(qū)的邊緣點(diǎn)A1處沿與A1A3成30°角的方向射入磁場，隨后該粒子以垂直于A2A4的方向經(jīng)過圓心O進(jìn)入?yún)^(qū)，最后再從A4處射出磁場若忽略該粒子重力，則下列說法正確的是() A粒子在磁場區(qū)域、中運(yùn)動(dòng)的半徑r1和r2之比為21B粒子在磁場區(qū)域、中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T1和T2之比為12C粒子在磁場區(qū)域、中運(yùn)動(dòng)所用的時(shí)間t1和t2之比為21D磁場區(qū)域、中的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1和B2之比為12【解析】由粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡可知，粒子在磁場區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的半徑等于磁場半徑，在磁場區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的半徑為磁場半徑的一半故粒子在磁場區(qū)域、中運(yùn)動(dòng)的半徑r1和r2之比為21，A正確由帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑公式R，知磁場區(qū)域、中的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1和B2之比為12，D正確【答案】AD4如圖所示，豎直放置的兩塊很大的平行金屬板a、b，相距為d，ab間的電場強(qiáng)度為E，今有一帶正電的微粒從a板下邊緣以初速度v0豎直向上射入電場，當(dāng)它飛到b板時(shí)，速度大小不變，而方向變?yōu)樗椒较?，且剛好從高度也為d的狹縫穿過b板而進(jìn)入bc區(qū)域，bc區(qū)域的寬度也為d，所加電場強(qiáng)度大小為E，方向豎直向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小等于，重力加速為g，則下列關(guān)于微粒運(yùn)動(dòng)的有關(guān)說法正確的是() A微粒在ab區(qū)域的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為B微粒在bc區(qū)域中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圓周半徑r2dC微粒在bc區(qū)域中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為D微粒在ab、bc區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為【解析】微粒在ab區(qū)域，豎直方向上做勻減速運(yùn)動(dòng)，由v0gt得t，故A正確；水平方向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，ag，則qEmg，進(jìn)入bc區(qū)域，電場力大小未變，方向豎直向上，電場力與重力平衡，微粒做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由qv0B，得r，代入數(shù)據(jù)得r，又v2gd，故r2d，B正確；在bc區(qū)域，微粒運(yùn)動(dòng)軌跡所對圓心角為，sin ，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t，故C錯(cuò)誤；微粒在ab區(qū)域的運(yùn)動(dòng)時(shí)間也可以表示為t，故總時(shí)間t總，故D正確【答案】ABD5如圖所示，有理想邊界的勻強(qiáng)磁場方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，某帶電粒子的比荷(電荷量與質(zhì)量之比)大小為k，由靜止開始經(jīng)電壓為U的電場加速后，從O點(diǎn)垂直射入磁場，又從P點(diǎn)穿出磁場下列說法正確的是(不計(jì)粒子所受重力)() A如果只增加U，粒子可以從dP之間某位置穿出磁場B如果只減小B，粒子可以從ab邊某位置穿出磁場C如果既減小U又增加B，粒子可以從bc邊某位置穿出磁場D如果只增加k，粒子可以從dP之間某位置穿出磁場【解析】設(shè)粒子被電場加速后的速度為v，在磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑為R，則電場加速過程，有qUmv2，在磁場中有qvBm，R，聯(lián)立得R .如果只增大U，半徑R增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；如果只減小B，半徑R增大，粒子向下偏 ，不可能從ab邊某位置穿出磁場，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；如果既減小U又增加B，半徑R減小，粒子不可能從bc邊某位置穿出磁場，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；如果只增加k，半徑R減小，粒子可從dP之間某位置穿出磁場，選項(xiàng)D正確【答案】D6如圖所示，平行金屬板a、b之間的距離為d，a板帶正電荷，b板帶負(fù)電荷，a、b之間還有一垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(圖中未畫出)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1.一不計(jì)重力的帶電粒子以速度v0射入a、b之間，恰能在兩金屬板之間勻速向下運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)入PQ下方的勻強(qiáng)磁場中，PQ下方的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2，方向如圖所示已知帶電粒子的比荷為c，則() A帶電粒子在a、b之間運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到的電場力水平向右B平行金屬板a、b之間的電壓為Udv0B1C帶電粒子進(jìn)入PQ下方的磁場之后，向左偏轉(zhuǎn)D帶電粒子在PQ下方磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為【解析】由于不知道帶電粒子的電性，故無法確定帶電粒子在a、b間運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的電場力的方向，也無法確定帶電粒子進(jìn)入PQ下方的磁場之后向哪偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；粒子在a、b之間做勻速直線運(yùn)動(dòng)，有qqv0B1，解得平行金屬板a、b之間的電壓為Udv0B1，選項(xiàng)B正確；帶電粒子在PQ下方的勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑為r，選項(xiàng)D正確【答案】BD創(chuàng)新導(dǎo)向練7科技前沿利用回旋加速器加速帶電粒子1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖所示，這臺加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說法正確的是() A帶電粒子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器B帶電粒子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器C帶電粒子從磁場中獲得能量D帶電粒子從電場中獲得能量【解析】要使帶電粒子經(jīng)電場多次加速獲得足夠大能量，應(yīng)使粒子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器，而從邊緣離開，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；由于洛倫茲力并不做功，而粒子通過電場時(shí)有qUmv2，故粒子是從電場中獲得能量，因此選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確【答案】AD8科技前沿利用質(zhì)譜儀分析放射性元素的同位素質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖所示，離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束(速度可看作為零)，經(jīng)加速電場加速后垂直進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場，到達(dá)記錄它的照相底片P上，設(shè)離子在P上的位置到入口處S1的距離為x，可以判斷() A若離子束是同位素，則x越大，離子的質(zhì)量越大B若離子束是同位素，則x越大，離子的質(zhì)量越小C只要x相同，則離子的質(zhì)量一定相同D只要x相同，則離子的比荷一定相同【解析】帶電粒子通過加速電場加速，由動(dòng)能定理qUmv2，得加速后粒子的速度v，進(jìn)入質(zhì)譜儀的磁場中，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，測得圓周半徑R，x2R，若離子束是同位素，則x越大，離子的質(zhì)量越大，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；只要x相同，則離子的比荷一定相同，而質(zhì)量不一定相同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確【答案】AD9科技生活電視畫面幅度失真原因分析如圖所示是電視機(jī)顯像管及其偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖初速度不計(jì)的電子經(jīng)加速電場加速后進(jìn)入有限邊界的勻強(qiáng)磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后打在熒光屏上如果發(fā)現(xiàn)電視畫面幅度與正常的相比偏小，則引起這種現(xiàn)象的可能原因是()A電子槍發(fā)射能力減弱，電子數(shù)減少B加速電場的電壓過低，電子速率偏小C偏轉(zhuǎn)線圈局部短路，線圈匝數(shù)減少D偏轉(zhuǎn)線圈中電流過大，偏轉(zhuǎn)磁場增強(qiáng)【解析】電視畫面幅度比正常的偏小，是由于電子束的偏轉(zhuǎn)角減小，即軌道半徑增大而電子在磁場中偏轉(zhuǎn)時(shí)的半徑r，電子槍發(fā)射能力減弱，即發(fā)射的電子數(shù)減少，而運(yùn)動(dòng)的電子速率及磁場不變，因此不會(huì)影響電視畫面幅度的大小，故A錯(cuò)誤；當(dāng)加速電場電壓過低，則電子速率偏小，導(dǎo)致電子運(yùn)動(dòng)半徑減小，從而使偏轉(zhuǎn)角度增大，導(dǎo)致畫面幅度與正常的相比偏大，故B錯(cuò)誤；當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈局部短路，線圈匝數(shù)減少時(shí)，導(dǎo)致偏轉(zhuǎn)磁場減弱，從而使電子運(yùn)動(dòng)半徑增大，電子束的偏轉(zhuǎn)角減小，則畫面幅度與正常的相比偏小，故C正確；當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈中電流過大，偏轉(zhuǎn)磁場增強(qiáng)時(shí)，導(dǎo)致電子運(yùn)動(dòng)半徑變小，所以畫面幅度與正常的相比偏大，故D錯(cuò)誤【答案】C10創(chuàng)新科技組合型加速器的工作原理圖甲中質(zhì)子經(jīng)過直線加速器加速后進(jìn)入半徑一定的環(huán)形加速器，在環(huán)形加速器中，質(zhì)子每次經(jīng)過位置A時(shí)都會(huì)被加速，當(dāng)質(zhì)子的速度達(dá)到要求后，再將它們分成兩束引導(dǎo)到圖乙的對撞軌道中，在對撞軌道中兩束質(zhì)子沿相反方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并最終實(shí)現(xiàn)對撞質(zhì)子在磁場的作用下做圓周運(yùn)動(dòng)下列說法中正確的是() A質(zhì)子在環(huán)形加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道所處位置的磁場會(huì)逐漸減弱B質(zhì)子在環(huán)形加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道所處位置的磁場始終保持不變C質(zhì)子在對撞軌道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道所處位置的磁場會(huì)逐漸減弱D質(zhì)子在對撞軌道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道所處位置的磁場始終保持不變【解析】質(zhì)子在環(huán)形加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)子每次經(jīng)過位置A時(shí)都會(huì)被加速，速度增大，環(huán)形軌道的半徑保持不變，由qvBm，即r知，B逐漸增大，故A、B錯(cuò)誤；質(zhì)子在對撞軌道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，環(huán)形軌道的半徑保持不變，洛倫茲力不做功，速率不變，由r知，磁場始終保持不變，故C錯(cuò)誤，D正確【答案】D綜合提升練11某空間存在著一個(gè)變化的電場和一個(gè)變化的磁場，電場方向向右(如下圖甲中由B到C的方向)，電場變化如圖乙中Et圖象，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化如圖丙中Bt圖象在A點(diǎn)，從t1 s(即1 s末)開始，每隔2 s，有一個(gè)相同的帶電粒子(重力不計(jì))沿AB方向(垂直于BC)以速度v射出，恰能擊中C點(diǎn)，若2且粒子在AB間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間小于1 s，求：(1)圖線上E0和B0的比值，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向；(2)若第1個(gè)粒子擊中C點(diǎn)的時(shí)刻已知為(1t)s，那么第2個(gè)粒子擊中C點(diǎn)的時(shí)刻是多少？【解析】設(shè)帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R.在第2秒內(nèi)只有磁場軌道如圖所示(1)因?yàn)?2d，所以R2d.第2秒內(nèi)，僅有磁場：qvB0mm.第4秒內(nèi)，僅有電場：d··2.所以v.粒子帶正電，故磁場方向垂直紙面向外(2)t×··，tt.故第2個(gè)粒子擊中C點(diǎn)的時(shí)刻為 s.【答案】(1)v，磁場方向垂直紙面向外(2)第2個(gè)粒子擊中C點(diǎn)的時(shí)刻為s12.(2018·長郡中學(xué)高三實(shí)驗(yàn)班選拔考試)如圖所示，在xOy坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)有以O(shè)1為圓心，半徑為R的半圓且ROO1，半圓區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B.在它的右側(cè)有一寬度為R、左邊界與磁場區(qū)域圓相切于A點(diǎn)、右邊界與y軸平行的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)方向沿y軸負(fù)方向，場強(qiáng)大小為E.在電場右側(cè)距離為R處有一垂直x軸、足夠長的熒光屏，電子打中熒光屏?xí)l(fā)光現(xiàn)在在坐標(biāo)原點(diǎn)O處向xOy平面內(nèi)各個(gè)方向以相同的速率發(fā)射質(zhì)量為m，電荷量大小為e的電子其中沿y軸正方向射入的電子剛好從切點(diǎn)A處飛出磁場進(jìn)入電場，求：(1)電子射入磁場的速率v0；(2)電子打到熒光屏上最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的坐標(biāo)【解析】(1)電子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有ev0Bm解得r畫出沿y軸正方向射入的電子的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖，如圖所示，設(shè)運(yùn)動(dòng)軌跡半徑為r，根據(jù)幾何關(guān)系有rR，求得v0.(2)當(dāng)電子以速率v0沿y軸正方向射入時(shí)，從A點(diǎn)平行于x軸射出，垂直進(jìn)入電場，經(jīng)過偏轉(zhuǎn)打在熒光屏上C點(diǎn)當(dāng)電子以速率v0沿x軸正方向射入時(shí)，從B點(diǎn)沿x軸垂直進(jìn)入電場經(jīng)過偏轉(zhuǎn)打在熒光屏上D點(diǎn)電子在電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知x方向：Rv0ty方向：偏移量y1t2設(shè)速度與x軸正方向夾角為，則有tan 出電場后電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在到達(dá)熒光屏過程中繼續(xù)偏移，偏移量y2Rtan 總偏移量y總y1y2從電場出來的電子打到熒光屏上的最高點(diǎn)C坐標(biāo)，最低點(diǎn)D坐標(biāo).【答案】(1)(2)