高考物理第十章第4课时带电粒子在组合场中的运动（能力课时）限时规范训练（含解析）新人教版.docx

带电粒子在组合场中的运动基础巩固题组(20分钟，50分)1(多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是()A增大匀强电场间的加速电压B增大磁场的磁感应强度C减小狭缝间的距离D增大D形金属盒的半径解析：选BD.回旋加速器利用电场加速和磁场偏转来加速粒子，粒子射出时的轨道半径恰好等于D形盒的半径，根据qvB可得，v，因此离开回旋加速器时的动能Ekmv2可知，与加速电压无关，与狭缝距离无关，A、C错误；磁感应强度越大，D形盒的半径越大，动能越大，B、D正确2质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具图中的铅盒A中的放射源放出大量的带正电粒子(可认为初速度为零)，从狭缝S1进入电压为U的加速电场区加速后，再通过狭缝S2从小孔G垂直于MN射入偏转磁场，该偏转磁场是以直线MN为切线、磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外半径为R的圆形匀强磁场现在MN上的F点(图中未画出)接收到该粒子，且GFR.则该粒子的比荷为(粒子的重力忽略不计)()A.BC. D解析：选C.设粒子被加速后获得的速度为v，由动能定理有：qUmv2，粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径r，又Bqvm，可求，故C正确3如图所示的坐标系xOy中，x0的区域内有沿x轴正方向的匀强电场，x0的区域内有垂直于xOy坐标平面向外的匀强磁场，x轴上A点的坐标为(L,0)，y轴上D点的坐标为.有一个带正电的粒子从A点以初速度vA沿y轴正方向射入匀强电场区域，经过D点进入匀强磁场区域，然后经x轴上的C点(图中未画出)运动到坐标原点O.不计重力求：(1)粒子在D点的速度vD是多大？(2)C点与O点的距离xC是多大？(3)匀强电场的电场强度与匀强磁场的磁感应强度的比值是多大？解析：(1)设粒子从A点运动到D点所用时间为t，在D点时，沿x轴正方向的速度大小为vx，则LvAt，vxtL，而vD，解得vD2vA.(2)设粒子在D点的速度vD与y轴正方向的夹角为，则tan ，解得60粒子在x0的区域内做匀速圆周运动，运动轨迹如图所示由几何关系有O1DOO1OD30，则OO1C为等边三角形，DC为直径，所以xCL(或设轨道半径为R，由RL，得xC2Rcos 60L)(3)设匀强电场的电场强度为E，匀强磁场的磁感应强度为B，粒子质量为m，带电荷量为q，则qELmvmv，而qvDBm，解得.答案：(1)2vA(2)L(3)4回旋加速器的工作原理如图甲所示，置于真空中的D形金属盒半径为R.两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直被加速粒子的质量为m、电荷量为q，加在狭缝间的交变电压如图乙所示，电压值的大小为U0，周期T.一束该种粒子在t0时间内从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用求：(1)出射粒子的动能Em；(2)粒子从飘入狭缝至动能达到Em所需的总时间t0.解析：(1)粒子运动半径为R时qvBm且Emmv2解得Em.(2)粒子被加速n次达到动能Em，则EmnqU0粒子在狭缝间做匀加速运动，设n次经过狭缝的总时间为t加速度a匀加速直线运动ndat2由t0(n1)t，解得t0.答案：(1)(2)能力提升题组(25分钟，50分)1(多选)如图是一个回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连现分别加速氘核(H)和氦核(He)，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两次所接高频电源的频率相同D仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能解析：选AC.由R得最大速度v，两粒子的相同，所以最大速度相同，A正确；最大动能Ekmv2，因为两粒子的质量不同，最大速度相同，所以最大动能不同，B错误；高频电源的频率f，因为相同，所以两次所接高频电源的频率相同，C正确；粒子的最大动能与高频电源的频率无关，D错误2(多选)在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子P和P3，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图所示已知离子P在磁场中转过30后从磁场右边界射出在电场和磁场中运动时，离子P和P3()A在电场中的加速度之比为11B在磁场中运动的半径之比为1C在磁场中转过的角度之比为12D离开电场区域时的动能之比为13解析：选BCD.两离子质量相等，所带电荷量之比为13，在电场中运动时，由牛顿第二定律得qma，则加速度之比为13，A错误；在电场中仅受电场力作用，由动能定理得qUEkmv2，在磁场中仅受洛伦兹力作用，洛伦兹力永不做功，动能之比为13，D正确；由磁场中洛伦兹力提供向心力知qvBm，得r ，半径之比为1，B正确；设磁场区域的宽度为d，则有sin ，即，故602，可知C正确3(2019成都外国语学校模拟)如图所示，在xOy坐标系的0yd的区域内分布着沿y轴正方向的匀强电场，在dy2d的区域内分布着垂直于xOy平面向里的匀强磁场，MN为电场和磁场的交界面，ab为磁场的上边界现从原点O处沿x轴正方向发射出速率为v0、比荷(电荷量与质量之比)为k的带正电粒子，粒子运动轨迹恰与ab相切并返回磁场已知电场强度E，不计粒子重力和粒子间的相互作用试求：(1)粒子第一次穿过MN时的速度大小和水平位移的大小；(2)磁场的磁感应强度B的大小解析：(1)根据动能定理，得qEdmv2mv，解得v2v0粒子在电场中做类平抛运动，有FqE，a，dat，xv0t1解得t1，x.(2)粒子运动的轨迹如图所示，设粒子以与x轴正方向成角进入磁场tan ，解得60根据RRcos d，得R由牛顿第二定律可得qvBm，解得B.答案：(1)2v0(2)4(2018高考全国卷)如图所示，在y0的区域存在方向沿y轴负方向的匀强电场，场强大小为E；在y0的区域存在方向垂直于xOy平面向外的匀强磁场一个氕核H和一个氘核H先后从y轴上yh点以相同的动能射出，速度方向沿x轴正方向已知H进入磁场时，速度方向与x轴正方向的夹角为60，并从坐标原点O处第一次射出磁场.H的质量为m，电荷量为q.不计重力求(1)H第一次进入磁场的位置到原点O的距离；(2)磁场的磁感应强度大小；(3)H第一次离开磁场的位置到原点O的距离解析：(1)H在电场中做类平抛运动，在磁场中做圆周运动，运动轨迹如图所示设H在电场中的加速度大小为a1，初速度大小为v1，它在电场中的运动时间为t1，第一次进入磁场的位置到原点O的距离为s1.由运动学公式有s1v1t1ha1t由题给条件，H进入磁场时速度的方向与x轴正方向夹角160.H进入磁场时速度的y分量的大小为a1t1v1tan 1联立以上各式得s1h(2)H在电场中运动时，由牛顿第二定律有qEma1设H进入磁场时速度的大小为v1，由速度合成法则有v1设磁感应强度大小为B，H在磁场中运动的圆轨道半径为R1，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有qv1B由几何关系得s12R1sin 1联立以上各式得B (3)设H在电场中沿x轴正方向射出的速度大小为v2，在电场中的加速度大小为a2，由题给条件得(2m)vmv由牛顿第二定律有qE2ma2设H第一次射入磁场时的速度大小为v2，速度的方向与x轴正方向夹角为2，入射点到原点的距离为s2，在电场中运动的时间为t2.由运动学公式有s2v2t2ha2tv2sin 2联立以