带电粒子在复合场中的运动及应用(提高).doc

带电粒子在复合场中的运动及应用（提高）一、选择题：1带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，从而显示其运动轨迹如图所示是在有匀强磁场云室中观察到的粒子的轨迹，a和b是轨迹上的两点，匀强磁场B垂直纸面向里该粒子在运动时，其质量和电荷量不变，而动能逐渐减少，下列说法正确的是（ ）A粒子先经过a点，再经过b点B粒子先经过b点，再经过a点C粒子带负电荷D粒子带正电荷2(2015 大庆实验中学三模)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源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，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.设D形盒半径为R若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f.则下列说法正确的是( )A质子的回旋频率等于2fB质子被电场加速的次数与加速电压有关C质子被加速后的最大速度不可能超过2fRD不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速粒子3粒子甲的质量与电荷量分别是粒子乙的4倍与2倍，两粒子均带正电，让它们在匀强磁场中同一点以大小相等、方向相反的速度开始运动已知磁场方向垂直纸面向里以下四个图中，能正确表示两粒子运动轨迹的是（ ）4如图所示，截面为正方形的容器处在匀强磁场中，一束电子从孔a垂直磁场射入容器中，其中一部分从c孔射出，一部分从d孔射出，则下列叙述中正确的是（ ）A从两孔射出的电子速率之比B从两孔射出的电子在容器中运动所用时间之比C从两孔射出的电子在容器中运动时的加速度大小之比D从两孔射出的电子在容器中运动时的加速度大小之比5如图所示，在x轴上方存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，一个不计重力的带电粒子从坐标原点O处以速度v进入磁场，粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与x轴正方向成120角，若粒子穿过y轴正半轴后在磁场中到x轴的最大距离为a，则该粒子的比荷和所带电荷的正负是（ ）A，正电荷 B，正电荷C，负电荷 D，负电荷6（2015 西安模拟）医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。由于血液中的正负离子随血液一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点间的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 V，磁感应强度的大小为0.040 T。则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()A1.3 m/s，a正、b负 B2.7 m/s，a正、b负C1.3 m/s，a负、b正 D2.7 m/s，a负、b正7（2016 杭州校级模拟）为了研究PM2.5的相关性质，实验中让一带电PM2.5颗粒(重力不计)，垂直射入正交的匀强电场和匀强磁场区域，如图所示，其中M、N为正对的平行带电金属板，结果它恰能沿直线运动。()AM板一定带正电BPM2.5颗粒一定带正电C若仅使PM2.5颗粒的带电量增大，颗粒一定向M板偏移D若仅使PM2.5颗粒的速度增大，颗粒一定向N板偏移二、计算题：1(2015 济南一模)如图所示的xoy坐标系中，在第I象限内存在沿y轴负向的匀强电场，第IV象限内存在垂直纸面向外的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子，从y轴上的P点垂直进入匀强电场，经过x轴上的Q点以速度v可进入磁场，方向与x轴正向成30。若粒子在磁场中运动后恰好能再回到电场，已知=3L，粒子的重力不计，电场强度E和磁感应强度B大小均未知。求(1)OP的距离(2)磁感应强度B的大小(3)若在O点右侧22L处放置一平行于y轴的挡板，粒子能击中挡板并被吸收，求粒子从P点进入电场到击中挡板的时间2（2016 海南校级模拟）如图所示，在xOy平面坐标系中，直线MN与y轴成30角，M点的坐标为(0，a)，在y轴与直线MN之间的区域内，存在垂直xOy平面向里、磁感应强度为B的匀强磁场。电子束以相同速度v0从y轴上的区间垂直于y轴和磁场射入磁场。已知从O点射入磁场的电子在磁场中的运动轨迹恰好与直线MN相切，忽略电子间的相互作用和电子的重力。(1)求电子的比荷；(2)若在xOy坐标系的第象限y0区域内加上沿y轴正方向大小为EBv0的匀强电场，在处垂直于x轴放置一荧光屏，计算说明荧光屏上发光区的形状和范围。3.如图所示可测定比荷的某装置的简化示意图在第一象限区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B=2.0103 T，在x轴上距坐标原点L=0.50 m的P处为粒子的入射口，在x轴上安放接收器现将一带正电荷的粒子以v=3.5104 ms的速率从P处射入磁场，若粒子在y轴上距坐标原点L=0.50 m的M处被观测到，且运动轨迹半径恰好最小，设带电粒子的质量为m、电荷量为q，不计其重力（1）求上述粒子的比荷；（2）如果在上述粒子运动过程中的某个时刻，在第一象限内再加一个匀强电场就可使其沿y轴正方向做匀速直线运动，求该匀强电场的场强大小和方向，并求出从粒子射入磁场开始计时经过多长时间加这个匀强电场；（3）为了在M处观测到按题设条件运动的上述粒子，第一象限内的磁场可以局限在第一个矩形区域内，求此矩形区域的最小面积，并在图中画出该矩形一、选择题：1.AC解析：粒子在云室中运动使气体电离，能量不断损失，v减小，处于磁场中的云室中的带电粒子满足，因为，因此半径逐渐减小，分析图线知rarb，说明粒子先经过a点后经过b点；利用左手定则可判定，粒子所带负电荷，故C对，D错2【答案】BC 【解析】回旋加速器粒子在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等，带电粒子在匀强磁场中回旋频率等于f，故A错误；根据，得：，与加速的电压无关，然而一次加速，则有：，因此质子被电场加速的次数与加速电压有关，故B正确；当粒子从D形盒中出来时速度最大，故C正确；根据，知质子换成粒子，比荷发生变化，则在磁场中运动的周期发生变化，回旋加速器粒子在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等，故需要改变磁感应强度或交流电的周期，故D错误。故选：BC3A解析：由于，故由于带电粒子只受洛伦兹力的作用，而洛伦兹力充当粒子做圆周运动的向心力，由左手定则判断，甲、乙所受洛伦兹力方向相反，则可判断，A选项正确4ABD解析：，因为Rc=2Rd，所以vcvd=21，故A正确；，所以tctd=12，故B正确；加速度之比，故C错误，D正确5C解析：从“粒子穿过y轴正半轴后”可知粒子向右侧偏转，洛伦兹力指向运动方向的右侧，由左手定则可判定粒子带负电荷，作出粒子运动轨迹示意图如图所示根据几何关系有，再结合半径表达式可得，故C正确6【答案】A 【解析】由于正负离子在匀强磁场中垂直于磁场方向运动，利用左手定则可以判断：a电极带正电，b电极带负电。血液流动速度可根据离子所受的电场力和洛伦兹力的合力为0，即qvBqE得。7A 【解析】由于粒子做直线运动，故无论粒子带何种电荷，由于电场力与洛伦兹力都是方向相反的，大小相等。根据左手定则，正电荷受到电场力与电场强度同向，选项A正确，B错误；根据电场力和洛伦兹力平衡，即qvBqE，与电量的多少无关，选项C错误；若使PM2.5颗粒的速度增大，则洛伦兹力增大，则电场力与洛伦兹力不平衡，出现偏转现象，因洛伦兹力方向不确定，则不一定向N板偏移，选项D错误。故选A。二、计算题：1【答案】(1) ；(2) ；(3) 【解析】（1）粒子在Q点进入磁场时：, 粒子从P点运动到Q点的时间：,OP间的距离：（2）粒子恰好能回到电场，即粒子在磁场中轨迹的左侧恰好与y轴相切，设半径为 可得：（3）粒子在电场和磁场中做周期性运动，轨迹如图： 一个周期运动过程中，在轴上发生的距离为 P点到挡板的距离为，所以粒子能完成5个周期的运动，然后在电场中沿轴运动时击中挡板。 5个周期的运动中，在电场中的时间为： 磁场中运动的时间： 剩余中的运动时间： 总时间：2(1) (2)在y坐标分别为0、的范围内出现一条长亮线 【解析】(1)从O点射入磁场的电子在磁场中的运动轨迹如图所示， 由几何关系有： 解得： 电子在磁场中运动时，洛伦兹力等于向心力，即 联立解得电子比荷 (2)由电子的轨道半径可判断，在O点射入磁场的电子从 的位置进入匀强电场，电子进入电场后做类平抛运动， 有 xv0t 将EBv0代入，联立解得： 设该电子穿过x轴时速度与x轴正方向成角，则 tan 解得：tan2 设该电子打在荧光屏上的Q点，Q点离x轴的距离为L，则 即电子打在荧光屏上离x轴的最远距离为La 而从位置进入磁场的电子恰好由O点过y轴，不受电场力，沿x轴正方向做匀速直线运动， 打在荧光屏与x轴相交的点上，所以荧光屏上在y坐标分别为0、的范围内出现一条长亮线3. （1）（或）（2）70 NC，方向沿x轴正方向 7.9106 s（3）0.25 m2 图见解析解析：（1）设粒子在磁场中的运动半径为r如图甲，依题意M、P连线即为该粒子在磁场中做匀速圆周运动的直径，由几何关系得 由洛伦兹力提供粒子在磁场中做匀速圆周运动的向心力，可得 联立并代入数据得 （或） （2）设所加电场的场强大小为E