2019届高考物理总复习第九章磁场第三节带电粒子在复合场中的运动课后达标.docx

第三节带电粒子在复合场中的运动学生用书P337(单独成册)(建议用时：60分钟)一、单项选择题1.如图所示，场强为E的匀强电场方向竖直向下，场强为B的水平匀强磁场垂直纸面向里，三个油滴a、b、c带有等量的同种电荷已知a静止，b、c在纸面内按图示方向做匀速圆周运动(轨迹未画出)忽略三个油滴间的静电力作用，比较三个油滴的质量及b、c的运动情况，以下说法中正确的是()A三个油滴的质量相等，b、c都沿顺时针方向运动Ba的质量最大，c的质量最小，b、c都沿逆时针方向运动Cb的质量最大，a的质量最小，b、c都沿顺时针方向运动D三个油滴的质量相等，b沿顺时针方向运动，c沿逆时针方向运动解析：选A.油滴a静止不动，其受到的合力为零，所以magqE，电场力方向竖直向上，油滴带负电荷又油滴b、c在场中做匀速圆周运动，则其重力和受到的电场力是一对平衡力，所以mbgmcgqE，油滴受到的洛伦兹力提供其做匀速圆周运动的向心力，由左手定则可判断，b、c都沿顺时针方向运动故A正确2.如图所示为一速度选择器，内有一磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场，一束粒子流以速度v水平射入，为使粒子流经过磁场时不偏转(不计重力)，则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，关于此电场场强大小和方向的说法中，正确的是()A大小为，粒子带正电时，方向向上B大小为，粒子带负电时，方向向上C大小为Bv，方向向下，与粒子带何种电荷无关D大小为Bv，方向向上，与粒子带何种电荷无关解析：选D.当粒子所受的洛伦兹力和电场力平衡时，粒子流匀速直线通过该区域，有qvBqE，所以EBv.假设粒子带正电，则受向下的洛伦兹力，电场方向应该向上粒子带负电时，则受向上的洛伦兹力，电场方向仍应向上故正确答案为D.3.(2018铜陵质检)如图所示，粗糙的足够长的竖直木杆上套有一个带电的小球，整个装置处在由水平匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场组成的足够大的复合场中，小球由静止开始下滑，在整个运动过程中小球的vt图象如下图所示，其中正确的是()解析：选C.小球下滑过程中，qE与qvB反向，开始下落时qEqvB，所以a，随下落速度v的增大a逐渐增大；当qEqvB之后，其a，随下落速度v的增大a逐渐减小；最后a0，小球匀速下落，故C正确，A、B、D错误4.速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后分成甲、乙两束，其运动轨迹如图所示，其中S0AS0C，则下列说法中正确的是()A甲束粒子带正电，乙束粒子带负电B甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷C能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于D若甲、乙两束粒子的电荷量相等，则甲、乙两束粒子的质量比为32解析：选B.由左手定则可判定甲束粒子带负电，乙束粒子带正电，A错误；粒子在磁场中做圆周运动满足B2qvm，即，由题意知r甲r乙，所以甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷，B正确；由qEB1qv知能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于，C错误；由知，D错误5如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点不计粒子重力下列说法不正确的是()A粒子一定带正电B加速电场的电压UERC直径PQD若一群离子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点，则该群离子具有相同的比荷解析：选C.由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点，根据左手定则可得，粒子带正电，选项A正确；由粒子在加速电场中做匀加速运动，则有qUmv2，又粒子在静电分析器做匀速圆周运动，由电场力提供向心力，则有qE，解得U，选项B正确；粒子在磁分析器中做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力，则有qvB，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打在Q点，可得PQ2r，选项C错误；若离子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点说明运动的轨道半径r相同，由于加速电场、静电分析器与磁分析器都相同，则该群离子具有相同的比荷，选项D正确6.(2018长春模拟)利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，CD两侧面会形成电势差UCD，下列说法正确的是()A电势差UCD仅与材料有关B若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD0C仅增大磁感应强度时，电势差UCD可能不变D在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平解析：选B.霍尔元件稳定后，通过霍尔元件的载流子受到的电场力与洛伦兹力相等，即qqvB，得|UCD|Bdv，与磁感应强度有关，A项错误；由左手定则可知，载流子受到由D指向C方向的洛伦兹力，若载流子为电子，则电子向C侧偏转，UCD0，B项正确；根据|UCD|Bdv可知，仅增大磁感应强度，电势差|UCD|一定增大，C项错误；地球赤道上方地磁场由南向北，测定地磁场时元件工作面应保持竖直，D项错误二、多项选择题7.(高考全国卷)如图为某磁谱仪部分构件的示意图图中，永磁铁提供匀强磁场，硅微条径迹探测器可以探测粒子在其中运动的轨迹宇宙射线中有大量的电子、正电子和质子当这些粒子从上部垂直进入磁场时，下列说法正确的是()A. 电子与正电子的偏转方向一定不同B电子与正电子在磁场中运动轨迹的半径一定相同C仅依据粒子运动轨迹无法判断该粒子是质子还是正电子D粒子的动能越大，它在磁场中运动轨迹的半径越小解析：选AC.根据左手定则，电子、正电子进入磁场后所受洛伦兹力的方向相反，故两者的偏转方向不同，选项A正确；根据qvB，得r，若电子与正电子在磁场中的运动速度不相等，则轨迹半径不相同，选项B错误；对于质子、正电子，它们都带正电，以相同速度进入磁场时，所受洛伦兹力方向相同，两者偏转方向相同，仅依据粒子轨迹无法判断是质子还是正电子，故选项C正确；粒子的mv越大，轨道半径越大，而mv，粒子的动能大，其mv不一定大，选项D错误8.霍尔式位移传感器的测量原理如图所示，有一个沿z轴方向均匀变化的磁场，磁感应强度BB0kz(B0、k均为常数)将霍尔元件固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流I不变(方向如图所示)，当物体沿z轴正方向平移时，由于位置不同，霍尔元件在y轴方向的上、下表面的电势差U也不同则()A其他条件不变，磁感应强度B越大，上、下表面的电势差U越大Bk越大，传感器灵敏度越高C若图中霍尔元件是电子导电，则下板电势高D其他条件不变，电流I越大，上、下表面的电势差U越小解析：选AB.最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c，有qqvB，电流的微观表达式为InqvSnqvbc，所以U.其他条件不变，B越大，上、下表面的电势差U越大电流越大，上、下表面的电势差U越大故A正确，D错误；k越大，根据磁感应强度BB0kz，知B随z的增大而增大，根据U知，B随z的变化越大，即传感器灵敏度越高故B正确；霍尔元件中移动的是自由电子，根据左手定则，电子向下表面偏转，所以上表面电势高故C错误9.劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示置于真空中的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忽略磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U.若A处粒子源产生质子的质量为m、电荷量为q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响则下列说法正确的是()A质子被加速后的最大速度不可能超过2RfB质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比C质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为1D不改变磁感应强度B和交流电频率f，仍用该回旋加速器释放质量为m的质子，则最大动能不变解析：选ACD.质子被加速后的最大速度受到D形盒半径R的制约，因v2Rf，故A正确；质子离开回旋加速器的最大动能Ekmmv2m42R2f22m2R2f2，与加速电压U无关，B错误；根据R，Uqmv，2Uqmv，得质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为1，C正确；因回旋加速器的最大动能Ekm2m2R2f2与m、R、f均有关且这几个量均不变，D正确10(2018浙江名校联考)质量为m、电荷量为q的微粒以速度v与水平方向成角从O点进入方向如图所示的正交的匀强电场和匀强磁场组成的混合场区，该微粒在电场力、洛伦兹力和重力的共同作用下，恰好沿直线运动到A，下列说法中正确的是()A该微粒一定带负电荷B微粒从O到A的运动可能是匀变速运动C该磁场的磁感应强度大小为D该电场的场强为Bvcos 解析：选AC.若微粒带正电荷，它受竖直向下的重力mg、水平向左的电场力qE和垂直OA斜向右下方的洛伦兹力qvB，知微粒不能做直线运动，据此可知微粒应带负电荷，它受竖直向下的重力mg、水平向右的电场力qE和垂直OA斜向左上方的洛伦兹力qvB，又知微粒恰好沿着直线运动到A，可知微粒应该做匀速直线运动，则选项A正确，B错误；由平衡条件得：qvBcos mg，qvBsin qE，得磁场的磁感应强度B，电场的场强EBvsin ，故选项C正确，D错误三、非选择题11(2015高考江苏卷)一台质谱仪的工作原理如图所示，电荷量均为q、质量不同的离子飘入电压为U0的加速电场，其初速度几乎为零这些离子经加速后通过狭缝O沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，最后打在底片上已知放置底片的区域MNL，且OML.某次测量发现MN中左侧区域MQ损坏，检测不到离子，但右侧区域QN仍能正常检测到离子在适当调节加速电压后，原本打在MQ的离子即可在QN检测到(1)求原本打在MN中点P的离子质量m；(2)为使原本打在P的离子能打在QN区域，求加速电压U的调节范围；(3)为了在QN区域将原本打在MQ区域的所有离子检测完整，求需要调节U的最少次数(取lg 20.301，lg 30.477，lg 50.699)解析：(1)离子在电场中加速，qU0mv2在磁场中做匀速圆周运动，qvBm解得r0 代入r0L，解得m.(2)由(1)知，U，离子打在Q点时，rL，得U离子打在N点时，rL，得U则电压的范围为U.(3)由(1)可知，r由题意知，第1次调节电压到U1，使原本打在Q点的离子打在N点，此时，原本运动轨迹半径为r1的打在Q1的离子打在Q上，解得r1L第2次调节电压到U2，原本打在Q1的离子打在N点，原本运动轨迹半径为r2的打在Q2的离子打在Q上，则，解得r2L同理，第n次调节电压，有rnL检测完整，有rn，解得n12.8最少次数为3次答案：(1)(2)U(3)最少次数为3次12(2015高考浙江卷)使用回旋加速器的实验需要把离子束从加速器中引出，离子束引出的方法有磁屏蔽通道法和静电偏转法等质量为m，速度为v的离子在回旋加速器内旋转，旋转轨道是半径为r的圆，圆心在O点，轨道在垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度为B.为引出离子束，使用磁屏蔽通道法设计引出器引出器原理如图所示，一对圆弧形金属板组成弧形引出通道，通道的圆心位于O点(O点图中未画出)引出离子时，令引出通道内磁场的磁感应强度降低，从而使离子从P点进入通道，沿通道中心线从Q点射出已知OQ长度为L，OQ与OP的夹角为.(1)求离子的电荷量q并判断其正负；(2)离子从P点进入，Q点射出，通道