高考物理一轮复习课后限时作业38带电粒子在复合场中的运动（含解析）新人教版.docx

课后限时作业38带电粒子在复合场中的运动时间：45分钟1.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)(C)A. B.C. D.解析：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2(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(AC)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：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3(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(CD)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21C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：两个离子的质量相同，其带电荷量之比是13的关系，所以由a可知，其在电场中的加速度之比是13，故A错误要想知道半径必须先知道进入磁场的速度，而速度的决定因素是加速电场，所以在离开电场时其速度表达式为：v ，可知其速度之比为1.又由qvBm知，r，所以其半径之比为1，故B错误由B项分析知道，离子在磁场中运动的半径之比为1，设磁场宽度为L，离子通过磁场转过的角度等于其圆心角，所以有sin，则可知角度的正弦值之比为1，又P的角度为30，可知P3角度为60，即在磁场中转过的角度之比为12，故C正确由电场加速后：qUmv2可知，两离子离开电场的动能之比为13，故D正确4(多选)如图所示，水平固定一截面为正方形的绝缘方管，其长度为L，空间存在场强为E、方向水平向右的匀强电场和磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场将质量为m、带电荷量为q的小球从左侧管口无初速度释放，已知小球与管道各接触面间的动摩擦因数均为，小球运动到右侧管口处时速度为v，该过程中(BD)A洛伦兹力对小球做功为qvBLB电场力对小球做功为qELC系统因摩擦而产生的热量为mgLD系统因摩擦而产生的热量为qELmv2解析：小球向右运动，由左手定则可知，小球受到的洛伦兹力的方向垂直于纸面向里，与运动的方向垂直，洛伦兹力不做功，故A错误；小球受到的电场力大小为FEq，方向向右，小球运动的方向也向右，所以电场力做的功WFLEqL，故B正确；小球在运动的过程中，受到向下的重力、向右的电场力、垂直于纸面向里的洛伦兹力和支持力、摩擦力的作用，在正方形绝缘方管的平面内，支持力的方向与重力、洛伦兹力的合力的方向相反，大小为N，系统因摩擦而产生的热量为QfLNLmgL，故C错误；小球运动的过程中只有电场力和摩擦力做功，由动能定理得EqLWfmv2，所以WfEqLmv2，故D正确5.(多选)如图所示的直角坐标系中，第一象限内分布着均匀辐射的电场，坐标原点与四分之一圆弧的荧光屏间电压为U；第三象限内分布着竖直向下的匀强电场，场强大小为E.大量电荷量为q(q0)、质量为m的粒子，某时刻起从第三象限不同位置连续以相同的初速度v0沿x轴正方向射入匀强电场若粒子只能从坐标原点进入第一象限，其他粒子均被坐标轴上的物质吸收并导走而不影响原来的电场分布不计粒子的重力及它们间的相互作用下列说法正确的是(CD)A能进入第一象限的粒子，在匀强电场中的初始位置分布在一条直线上B到达坐标原点的粒子速度越大，入射速度方向与y轴的夹角越大C能打到荧光屏的粒子，进入O点的动能必须大于qUD若U0，即能打到荧光屏的粒子，进入O点的动能必须大于qU，故C正确；粒子在电场中的偏转角：tan，粒子在偏转电场中运动的时间不同，则进入第一象限后速度与y轴之间的夹角不同所以从不同的位置开始偏转的粒子，可以以任意夹角进入第一象限，所以若U，荧光屏各处均有粒子到达而被完全点亮，故D正确6.如图所示，一个质量为m，电荷量q的带电微粒(重力忽略不计)，从静止开始经U1电压加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中，金属板长L，两板间距d，微粒射出偏转电场时的偏转角30，并接着进入一个方向垂直纸面向里的匀强磁场区域求：(1)两金属板间的电压U2的大小；(2)若该匀强磁场的宽度为D，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：(1)带电微粒经加速电场加速后速率为v1，根据动能定理有U1qmvv1 粒子经U2电压偏转，有tan30t，a解得：U2.(2)带电微粒进入磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，微粒恰好不从磁场右边射出时运动轨迹与右边边界相切，设做匀速圆周运动的轨道半径为R，由几何关系知：RRsin30D由牛顿运动定律及运动学规律：qvBm，又v解得：B 答案：(1)(2) 7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RRcosd，得R由牛顿第二定律可得qvBm，解得B.答案：(1)2v0(2)8空间中有一直角坐标系，其第一象限在圆心为O1、半径为R、边界与x轴和y轴相切的圆形区域内，有垂直于纸面向里的匀强磁场(图中未画出)，磁感应强度大小为B；第二象限中存在方向竖直向下的匀强电场现有一群质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从圆形区域边界与x轴的切点A处沿纸面上的不同方向射入磁场中，如图所示已知粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径均为R，其中沿AO1方向射入的粒子恰好到达x轴上与O点距离为2R的N点，不计粒子的重力和它们之间的相互作用力，求：(1)粒子射入磁场时的速度大小及电场强度的大小；(2)速度方向与AO1夹角为60(斜向右上方)的粒子到达y轴所用的时间解析：(1)设粒子射入磁场时的速度大小为v，因在磁场中做匀速圆周运动的半径为R，由牛顿第二定律得qvBm，得v如图甲所示，因粒子的轨迹半径是R，故沿AO1方向射入的粒子一定从与圆心等高的D点沿x轴负方向射入电场，则粒子在电场中从D点到N点做类平抛运动，有2Rvt又因为Rt2解得E.(2)轨迹如图乙所示，轨迹圆心为C，从M点射出磁场，连接O1M，四边形O1MCA是菱形，故CM垂直于x轴，速度方向偏转角度等于圆心角150，粒子在磁场中运动的时间为t2T粒子离开磁场到y轴的距离MH，在无场区运动的时间t2故粒子到达y轴的时间为tt1t2答案：(1)(2)()9如图所示，ABCD矩形区域内存在互相垂直的有界匀强电场和匀强磁场，有一带电小球质量为m，电荷量绝对值为q，小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压为U的电场加速后，水平进入ABCD区域中，恰能在此空间的竖直面内做匀速圆周运动，且从B点射出，已知AB长度为L，AD长度为L，求：(1)小球带何种电性及进入复合场时的速度大小；(2)小球在复合场中做圆周运动的轨道半径；(3)小球在复合场中运动的时间解析：(1)小球在电场、磁场和重力场的复合场中，做匀速圆周运动，根据左手定则可知小球带负电小球进入复合场之前由动能定理：qUmv2，解得：v .(2)设做圆周运动的轨道半径为r，由几何关系：r2(rL)2(L)2，解得r2L.(3)由(2)知圆周运动对应圆心角：粒子运动周期：T运动时间为：tT联立以上可得：t .答案：(1)负电(2)2L(3) 10在竖直平面内建立一平面直角坐标系xOy，x轴沿水平方向，如图甲所示第二象限内有一水平向右的匀强电场，场强为E1.坐标系的第一、四象限内有一正交的匀强电场和匀强交变磁场，电场方向竖直向上，场强E2E1，匀强磁场方向垂直纸面处在第三象限的发射装置(图中未画出)竖直向上射出一个比荷102 C/kg的带正电的粒子(可视为质点)，该粒子以v04 m/s的速度从x上的A点进入第二象限，并以v18 m/s速度从y上的C点沿水平方向进入第一象限取粒子刚进入第一象限的时刻为0时刻，磁感应强度按图乙所示规律变化(以垂直纸面向外的磁场方向为正方向)，g取10 m/s2.试求：(1)带电粒子运动到C点的纵坐标值h及电场强度E1；(2)x轴上有一点D，ODOC，若带电粒子在通过C点后的运动过程中不再越过y轴，要使其恰能沿x轴正方向通过D点，求磁感应强度B0及其磁场的变化周期T0；(3)要使带电粒子通过C点后的运动过程中不再越过y轴，求交变磁场磁感应强度B0和变化周期T0的乘积B0T0应满足的关系解析：(1)将粒子在第二象限内的运动分解为水平方向和竖直方向，在竖直方向上做竖直上抛运动，在水平方向上做匀加速直线运动则有t0.4 s，ht0.8 max2g，qE12mg，E10.2 N/C.(2)qE