【立体设计】高考物理 第8章 第3讲 磁场对运动电荷的作用挑战真题 新人教版.doc

【立体设计】2012高考生物理 第8章 第3讲 磁场对运动电荷的作用挑战真题 新人教版1(2009广东高考)右图是质谱仪的工作原理示意图带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为b和e.平板s上有可让粒子通过的狭缝p和记录粒子位置的胶片a1a2.平板s下方有强度为b0的匀强磁场下列表述正确的是()a质谱仪是分析同位素的重要工具b速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外c能通过狭缝p的带电粒子的速率等于e/bd粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝p，粒子的荷质比越小【解析】由加速电场可见粒子所受电场力向下，即粒子带正电，在速度选择器中，电场力水平向右，洛伦兹力水平向左，因此速度选择器中磁场方向垂直纸面向外，b正确；经过速度选择器时满足qeqvb，可知能通过的狭缝p的带电粒子的速率v，c正确；带电粒子进入磁场做匀速圆周运动则有r，可见当v相同时，r，所以可以用来区分同位素，且r越大，荷质比就越小，d错误【答案】a、b、c2(2008广东高考)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，右图是在有匀强磁场的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d粒子带正电【解析】粒子在云室中前进使气体电离，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qvb，所以r，因此半径逐渐减小，分析图线弯曲程度可确定rarb，说明粒子先经过a点后经过b点，故a对，b错；分析粒子的受力情况(如右图所示)，利用左手定则可判定，粒子带负电，故c对，d错【答案】a、c3.（2010课标全国）如图所示，在0xa、0ya/2范围内有垂直于xoy平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为b.坐标原点o处有一个粒子源，在某时刻发射大量质量为m、电荷量为q的带正电粒子，它们的速度大小相同，速度方向均在xoy平面内，与y轴正方向的夹角分布在090范围内.已知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于a/2到a之间，从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一.求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的：（1）速度的大小；（2）速度方向与y轴正方向夹角的正弦.【解析】此题为粒子在磁场中运动临界值问题.（1）设粒子的发射速度为v,粒子做圆周运动的轨道半径为r，由牛顿第二定律和洛伦兹力公式，得qvb=,由式得r=,当ra时，在磁场中运动时间最长的粒子，其轨迹是圆心为c的圆弧，圆弧与磁场的上边界相切，如图所示.设该粒子在磁场中运动的时间为t,依题意t=,得oca=.设最后离开磁场的粒子的发射方向与y轴正方向的夹角为,由几何关系可得rsin=r-，rsin=a-rcos，又sin2+cos2=1，由式得，r=()a,由式得，v=().（2）由式得，sin=.【答案】(1) () (2) 4.（2010浙江理综）有一个放射源水平放射出、和三种射线，垂直射入如图所示磁场.区域和的宽度均为d,各自存在着垂直纸面的匀强磁场，两区域的磁感应强度大小b相等，方向相反（粒子运动不考虑相对论效应）.（1）若要筛选出速率大于v1的粒子进入区域，求磁场宽度d与b和v1的关系.（2）若b=0.003 4 t,v1=0.1c(c是光速），则可得d;粒子的速率为0.001c,计算和射线离开区域时的距离；并给出去除和射线的方法.（3）当d满足第（1）小题所给关系时，请给出速率在v1vv2区间的粒子离开区域时的位置和方向.（4）请设计一种方案，能使离开区域的粒子束在右侧聚焦且水平出射.已知：电子质量me=9.110-31 kg,粒子质量m=6.710-27 kg,电子电荷量q=1.610-19 c,1+（x1时）【解析】（1）根据带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用后做圆周运动的规律qvb=,由临界条件得d、b和v1的关系为d=.（2）由式可得粒子的回旋半径r= m=1.847 m.由式得d= m=0.050 m.竖直方向的距离为y=r- =0.7 mm.可见通过区域的磁场难以将粒子与射线分离.可用薄纸挡去粒子，须用厚铅板挡掉射线.（3）在上述磁场条件下，要求速率在v1vv2区间的粒子离开区域时的位置和方向，先求出速度为v2的粒子所对应的圆周运动半径.r2=,该粒子从区域i磁场射出时，垂直方向偏离的距离为y2=r2-=，同理可得从区域射出时，垂直方向偏离的距离为y2=2y2=，同理可得，与速度为v1对应的粒子垂直方向偏离的距离为y1=2d=.速率在v1vv2区间射出的粒子束宽为y1-y2，方向水平向右.（4）由对称性可以设计出如图所示的磁场区域，最后形成聚焦，且方向水平向右.【答案】(1)d= (2)0.7 mm 可用薄纸挡去粒子，须用厚铅板挡掉射线（3）见解析 （4）见解析5.(2009江苏高考）1932年，劳伦斯和利文斯顿设计出了回旋加速器.回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的d形金属盒半径为r，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计.磁感应强度为b的匀强磁场与盒面垂直.a处粒子源产生带电粒子，其质量为m、电荷量为+q，在加速器中被加速，加速电压为u.加速过程中不考虑相对论效应和重力作用.（1）求粒子第2次和第1次经过两d形盒间狭缝后轨道半径之比.（2）求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t.（3）实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制.若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为bm、fm，试讨论粒子能获得的最大动能ekm.【解析】(1)设粒子第1次经过狭缝后的半径为r1,速度为v1，qu=，qv1b=，解得r1=同理，粒子第2次经过狭缝后的半径