高二物理帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)

1、高二物理帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)1. 2013·臺州高二檢測(多選)1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖所示這臺加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說法正確的是()A離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器B離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器C離子從磁場中獲得能量D離子從電場中獲得能量答案：AD解析：回旋加速器的兩個(gè)D形盒間隙分布有周期性變化的電場，不斷地給帶電粒子加速使其獲得能量；而D形盒處分布有恒定不變的磁場，具有一定速度的帶電粒子在D形盒內(nèi)受到磁場的洛倫茲力提供的向心力而做圓周運(yùn)動(dòng)；洛倫茲力不做功，故不能使離子獲得能量，C錯(cuò)；離子源在回旋加速器的中心附近

2、，所以正確選項(xiàng)為A、D.2. (多選)如圖所示，有一混合正離子束先后通過正交電磁場區(qū)域和勻強(qiáng)磁場區(qū)域，如果這束正離子束在區(qū)域中不偏轉(zhuǎn)，進(jìn)入?yún)^(qū)域后偏轉(zhuǎn)半徑R相同，則它們具有相同的A電荷量 B質(zhì)量C速度 D比荷答案：CD解析：正交電磁場區(qū)域?qū)嶋H上是一個(gè)速度選擇器，這束正離子在區(qū)域中均不偏轉(zhuǎn)，說明它們具有相同的速度在區(qū)域中半徑相同，R，所以它們應(yīng)具有相同的比荷正確選項(xiàng)為C、D.3帶電小球以一定的初速度v0豎直向上拋出，能夠達(dá)到的最大高度為h1；若加上水平方向的勻強(qiáng)磁場，且保持初速度仍為v0，小球上升的最大高度為h2，若加上水平方向的勻強(qiáng)電場，且保持初速度仍為v0，小球上升的最大高度為h3，如練圖83

3、11所示，不計(jì)空氣阻力，則()練圖8311Ah1h2h3 Bh1h2h3Ch1h2h3 Dh1h3h2解析加電場時(shí)，小球在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)與不加任何場時(shí)相同，故h1h3，加勻強(qiáng)磁場時(shí)，粒子做曲線運(yùn)動(dòng)，在最高點(diǎn)具有水平速度，由機(jī)械能守恒可知h2h1，故D項(xiàng)對答案D4(多選題)(2013·江蘇模擬)如練圖8312所示為一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的圓環(huán)，可在水平放置的足夠長的粗糙細(xì)桿上滑動(dòng)，細(xì)桿處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，不計(jì)空氣阻力，現(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0，在以后的運(yùn)動(dòng)過程中，圓環(huán)運(yùn)動(dòng)的速度圖象可能是下圖中的()練圖8312解析由左手定則可判斷洛倫茲力方向向上，圓環(huán)受到豎直向下的重力

4、、垂直桿的彈力及向左的摩擦力，當(dāng)洛倫茲力初始時(shí)刻小于重力時(shí)，彈力方向豎直向上，圓環(huán)向右減速運(yùn)動(dòng)，隨著速度減小，洛倫茲力減小，彈力越來越大，摩擦力越來越大，故做加速度增大的減速運(yùn)動(dòng)，直到速度為零而處于靜止?fàn)顟B(tài)，選項(xiàng)中沒有對應(yīng)圖象；當(dāng)洛倫茲力初始時(shí)刻等于重力時(shí)，彈力為零，摩擦力為零，故圓環(huán)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，A項(xiàng)正確；當(dāng)洛倫茲力初始時(shí)刻大于重力時(shí)，彈力方向豎直向下，圓環(huán)做減速運(yùn)動(dòng)，速度減小，洛倫茲力減小，彈力減小，在彈力減小到零的過程中，摩擦力逐漸減小到零，故做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)，摩擦力為零時(shí)，開始做勻速直線運(yùn)動(dòng)，D項(xiàng)正確答案AD5. （2012·安徽理綜）如圖所示，圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于

5、紙面向里的勻強(qiáng)磁場，一個(gè)帶電粒子以速度v從A點(diǎn)沿 直徑AOB方向射入磁場，經(jīng)過t時(shí)間從C點(diǎn)射出磁場，OC與OB成60°角?，F(xiàn)將帶電粒子的速度變?yōu)関/3，仍從A點(diǎn)沿原方向射入磁場，不計(jì)重力，則粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間變?yōu)锳. t B.2tC. t D.3t2【答案】B【考點(diǎn)定位】此題考查帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的圓周運(yùn)動(dòng)及其相關(guān)知識。6如圖所示，在平面直角坐標(biāo)系中有一個(gè)垂直紙面向里的圓形勻強(qiáng)磁場，其邊界過原點(diǎn)O和y軸上的點(diǎn)a(0，L)一質(zhì)量為m、電荷量為e的電子從a點(diǎn)以初速度v0平行于x軸正方向射入磁場，并從x軸上的b點(diǎn)射出磁場，此時(shí)速度方向與x軸正方向的夾角為60°.下列說法中正

6、確的是()A電子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為B電子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為C磁場區(qū)域的圓心坐標(biāo)為(，)D電子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心坐標(biāo)為(0，L)9BD對于帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)情況分析如圖a所示，在圖a中離開磁場的速度方向與x軸正向夾角為60°，則弧ab所對應(yīng)的圓心角為60°，弦ab與x軸夾角為30°.由幾何關(guān)系得Ob長為L，且ab與x軸夾角為30°，則OOL，D對；在圖b中，作弦Oa與弦Ob的垂直平分線，交點(diǎn)O為磁場區(qū)域的圓心，C錯(cuò)；電子在磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑r2L，周期T，則運(yùn)動(dòng)時(shí)間tT，B對7.(多選題)(2013·廣東省汕頭市期末)如圖所示，一束帶

7、電粒子以一定的初速度沿直線通過由相互正交的勻強(qiáng)磁場(B)和勻強(qiáng)電場(E)組成的速度選擇器，然后粒子通過平板S上的狹縫P，進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(B)，最終打在A1A2上下列表述正確的是()A粒子帶負(fù)電B所有打在A1A2上的粒子，在磁場B中運(yùn)動(dòng)時(shí)間都相同C能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于D粒子打在A1A2上的位置越靠近P，粒子的比荷越大解析粒子在勻強(qiáng)磁場B中向左偏轉(zhuǎn)，根據(jù)左手定則可知粒子帶正電，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；打在A1A2上的粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t，與粒子的比荷有關(guān)，粒子的比荷不同，在磁場B中運(yùn)動(dòng)時(shí)間不同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；粒子在復(fù)合場中做直線運(yùn)動(dòng)，EqBvq，所以v，選項(xiàng)C正確；粒子打在A1A2上的位置越靠近P，粒

8、子在磁場B中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r越小，根據(jù)r可得，所以粒子的比荷越大，選項(xiàng)D正確答案CD8(多選題)(2013·云南省昆明市質(zhì)檢)如圖所示的電路中，電源電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻為r，兩平行金屬板間有勻強(qiáng)磁場開關(guān)S閉合后，當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片位于圖示位置時(shí)，一帶電粒子恰好以速度v勻速穿過兩板若不計(jì)重力，以下說法正確是()A如果將開關(guān)斷開，粒子將繼續(xù)沿直線運(yùn)動(dòng)B保持開關(guān)閉合，將a極板向下移動(dòng)一點(diǎn)，粒子可能向上偏轉(zhuǎn)C保持開關(guān)閉合，將滑片P向上滑動(dòng)一點(diǎn)，粒子將可能從下極板邊緣射出D保持開關(guān)閉合，將滑片P向下滑動(dòng)一點(diǎn)，粒子將可能從下極板邊緣射出解析如果將開關(guān)斷開，粒子將在洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤保

9、持開關(guān)閉合，將a極板向下移動(dòng)一點(diǎn)，電容增大，電容器充電，兩極板之間電場強(qiáng)度增大，粒子所受電場力增大，粒子可能向上偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)B正確保持開關(guān)閉合，將滑片P向上滑動(dòng)一點(diǎn)，平行金屬板間電壓降低，粒子所受電場力小于洛倫茲力若粒子帶負(fù)電，粒子將可能從下極板邊緣射出，選項(xiàng)C正確保持開關(guān)閉合，將滑片P向下滑動(dòng)一點(diǎn)，平行金屬板間電壓升高，粒子所受電場力大于洛倫茲力若粒子帶正電，粒子將可能從下極板邊緣射出，選項(xiàng)D正確答案BCD9空間存在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，圖中的正方形為其邊界一細(xì)束由兩種粒子組成的粒子流沿垂直于磁場的方向從O點(diǎn)入射這兩種粒子帶同種電荷，它們的電荷量、質(zhì)量均不同，但其比荷相同，且都包含不同

10、速率的粒子不計(jì)重力下列說法正確的是()A入射速度不同的粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間一定不同B入射速度相同的粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡可能不同C在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同的粒子，其運(yùn)動(dòng)軌跡一定相同D在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長的粒子，其軌跡所對的圓心角一定越大解析：選D.帶電粒子進(jìn)入磁場后，在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)qvB得軌道半徑r，粒子的比荷相同，故不同速度的粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑不同，軌跡不同，相同速度的粒子，軌道半徑相同，軌跡相同，故B錯(cuò)誤帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T，故所有帶電粒子的運(yùn)動(dòng)周期均相同，若帶電粒子從磁場左邊界出磁場，則這些粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間是相同的，但不同速度軌跡不同，故A

11、、C錯(cuò)誤根據(jù)得t，所以t越長，越大，故D正確10(單選)如圖10所示，在x軸上方存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.在xOy平面內(nèi)，從原點(diǎn)O處沿與x軸正方向成角(0<<)以速率v發(fā)射一個(gè)帶正電的粒子(重力不計(jì))，則下列說法正確的是()圖10A若一定，v越大，則粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越短B若一定，v越大，則粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的角速度越大C若v一定，越大，則粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越短D若v一定，越大，則粒子在離開磁場的位置距O點(diǎn)越遠(yuǎn)解析粒子運(yùn)動(dòng)周期T，當(dāng)一定時(shí)，粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間tTT，.由于t、均與v無關(guān)，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確當(dāng)v一定時(shí)，由r知，r一定當(dāng)從0變至的過

12、程中，越大，粒子離開磁場的位置距O點(diǎn)越遠(yuǎn)；當(dāng)大于時(shí)，越大，粒子離開磁場的位置距O點(diǎn)越近，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案C圖211帶電粒子(不計(jì)重力)以初速度v0從a點(diǎn)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，如圖2所示運(yùn)動(dòng)中經(jīng)過b點(diǎn)，.若撤去磁場加一個(gè)與y軸平行的勻強(qiáng)電場，仍以v0從a點(diǎn)進(jìn)入電場，粒子仍能通過b點(diǎn)，那么電場強(qiáng)度E與磁感強(qiáng)度B之比為()Av0 B1C2v0 D.解析在磁場中粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律得qv0B，故r；在電場中粒子類平拋運(yùn)動(dòng)，水平方向有rv0t，豎直方向有rt2，聯(lián)立可得2v0，選項(xiàng)C正確答案C12(多選題)練圖839如練圖839所示，已知一帶電小球在光滑絕緣的水平面上從靜止開始經(jīng)電壓U加速后，水平

13、進(jìn)入互相垂直的勻強(qiáng)電場E和勻強(qiáng)磁場B的復(fù)合場中(E和B已知)，小球在此空間的豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則()A小球可能帶正電B小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r C小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為TD若電壓U增大，則小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期增加解析小球在復(fù)合場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則小球受的電場力和重力滿足mgEq，則小球帶負(fù)電，A項(xiàng)錯(cuò)誤；因?yàn)樾∏蜃鰣A周運(yùn)動(dòng)的向心力為洛倫茲力，由牛頓第二定律和動(dòng)能定理可得：Bqv，Uqmv2，聯(lián)立兩式可得：小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r ，由T，可以得出T，所以B、C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤答案BC13.(2013四川瀘州一模)如圖所示,長方形abcd的長ad=0.6 m,寬ab=0.3

14、m,O、e分別是ad、bc的中點(diǎn),以e為圓心eb為半徑的圓弧和以O(shè)為圓心Od為半徑的圓弧組成的區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(邊界上無磁場)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.25 T.一群不計(jì)重力、質(zhì)量m=3×10-7 kg、電荷量q=2×10-3 C的帶正電粒子以速度v=5×102 m/s沿垂直ad方向且垂直于磁場方向射入磁場區(qū)域,則下列判斷正確的是(D)A.從Od邊射入的粒子,出射點(diǎn)全部分布在Oa邊B.從aO邊射入的粒子,出射點(diǎn)全部分布在ab邊C.從Od邊射入的粒子,出射點(diǎn)分布在ab邊D.從ad邊射入的粒子,出射點(diǎn)全部通過b點(diǎn)解析:帶正電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r=0.3 m

15、,從Od邊射入的粒子,軌跡都與bc相切,出射點(diǎn)都平行bc過b點(diǎn),故選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤;從aO射入的粒子,由于圓的半徑與磁場半徑相同,通過做垂線找圓心,發(fā)現(xiàn)圓的半徑與磁場半徑組成菱形,帶正電粒子經(jīng)過b點(diǎn)射出磁場,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤,D正確.14.如圖所示,在等腰三角形abc區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,d是ac上任意一點(diǎn),e是bc上任意一點(diǎn).大量相同的帶電粒子從a點(diǎn)以相同方向進(jìn)入磁場,由于速度大小不同,粒子從ac和bc上不同點(diǎn)離開磁場.不計(jì)粒子重力.從c點(diǎn)離開的粒子在三角形abc磁場區(qū)域內(nèi)經(jīng)過的弧長和運(yùn)動(dòng)時(shí)間,與從d點(diǎn)和e點(diǎn)離開的粒子相比較(AD)A.經(jīng)過的弧長一定大于從d點(diǎn)離開的粒子經(jīng)過的弧長B.經(jīng)過

16、的弧長一定小于從e點(diǎn)離開的粒子經(jīng)過的弧長C.運(yùn)動(dòng)時(shí)間一定大于從d點(diǎn)離開的粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間D.運(yùn)動(dòng)時(shí)間一定大于從e點(diǎn)離開的粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間解析: 如圖所示,隨著速度的增大,其半徑r=增大,粒子依次從ac上、c點(diǎn)、cb上射出,由圖可知,選項(xiàng)A正確;粒子運(yùn)動(dòng)的周期T=相同,與速度大小無關(guān),由圖知, 1=2>3,運(yùn)動(dòng)時(shí)間t,選項(xiàng)D正確.圖915如圖9所示，直角坐標(biāo)系xOy位于豎直平面內(nèi)，在水平的x軸下方存在勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直xOy平面向里，電場線平行于y軸一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小球，從y軸上的A點(diǎn)水平向右拋出，經(jīng)x軸上的M點(diǎn)進(jìn)入電場和磁場，恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

17、，從x軸上的N點(diǎn)第一次離開電場和磁場，MN之間的距離為L，小球過M點(diǎn)時(shí)的速度方向與x軸正方向的夾角為.不計(jì)空氣阻力，重力加速度為g，求：(1)電場強(qiáng)度E的大小和方向(2)小球從A點(diǎn)拋出時(shí)初速度v0的大小(3)A點(diǎn)到x軸的高度h.解析(1)小球在x軸下方的復(fù)合場中恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，靜電力與重力平衡Eqmg，得E，因小球帶正電，故E的方向豎直向上(2)小球的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，設(shè)圓的半徑為R，則由幾何關(guān)系知R，設(shè)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的速率為v，有qvB，得v，故小球拋出的初速度v0vcos .(3)小球經(jīng)M點(diǎn)時(shí)的豎直分速度vyvsin ，在x軸上方小球做平拋運(yùn)動(dòng)，故有vygt，hgt2，由上式綜合解得h

18、.答案(1)豎直向上(2)(3)16.(2013·山東省濰坊市一模)如圖所示，在xOy坐標(biāo)系中，x軸上N點(diǎn)到O點(diǎn)的距離是12 cm，虛線NP與x軸負(fù)向的夾角是30°.第象限內(nèi)NP的上方有勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1T，第象限有勻強(qiáng)電場，方向沿y軸正向一質(zhì)量m8×1010 kg、電荷量q1×104 C的帶正電粒子，從電場中M(12，8)點(diǎn)由靜止釋放，經(jīng)電場加速后從N點(diǎn)進(jìn)入磁場，又從y軸上P點(diǎn)穿出磁場不計(jì)粒子重力，取3，求：(1)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的速度v；(2)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t；(3)勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E.解析(1)粒子在磁場中的軌跡如圖，由幾何關(guān)系，得粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R×12 cm0.08 m由qvBm得v104 m/s.(2)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡所對圓心角為120°，則有t×1.6×105 s.(3)由qEdmv2得E5&#