高考物理二輪復(fù)習(xí) 第1部分 核心突破 專題3 電場和磁場 第3講 帶電粒子在復(fù)合場中的運動演練
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第3講 帶電粒子在復(fù)合場中的運動 1.(2016浙江嘉興期末)英國物理學(xué)家阿斯頓因首次制成質(zhì)譜議,并用此對同位素進行了研究,因此榮獲了1922年的諾貝爾化學(xué)獎.若速度相同的同一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后的運動軌跡如圖所示,則下列說法中正確的是( AD ) A.該束帶電粒子帶正電 B.速度選擇器的P1極板帶負(fù)電 C.在B2磁場中運動半徑越大的粒子,質(zhì)量越大 D.在B2磁場中運動半徑越大的粒子,比荷越小 解析:根據(jù)粒子在磁場中的運動軌道,由左手定則可知,粒子帶正電,選項A正確;粒子在正交場中,受向上的洛倫茲力,故電場力向下,即速度選擇器的P1極板帶正電,選項B錯誤,根據(jù)R=可知,在B2磁場中運動半徑越大的粒子,質(zhì)量與電荷量的比值越大,或者比荷越小,選項C錯誤,D正確. 2.(2016長沙一中月考五)如圖是利用金屬做成的霍爾元件的工作原理圖,磁感應(yīng)強度B垂直于霍爾元件的工作面向下,通如圖所示方向的電流I,則C、D兩側(cè)面會形成電勢差UCD,下列說法正確的是( AC ) A.電勢差UCD與導(dǎo)體本身的材料有關(guān) B.電勢差UCD大于0 C.僅增大磁感應(yīng)強度時,電勢差UCD變大 D.在測定地球赤道上方的地磁場弱時,元件的工作面應(yīng)水平放置 解析:電勢差UCD與磁感應(yīng)強度B、材料有關(guān),A正確,霍爾元件的載流子是自由電子,由左手定則可知,電子向C側(cè)面偏轉(zhuǎn),則電勢差UCD<0,B錯誤;僅增大磁感應(yīng)強度時,電勢差UCD變大,C正確;在測定地球赤道上方的地磁場強弱時,元件的工作面應(yīng)保持豎直,D錯誤. 3.(2016湖南雅禮中學(xué)月考四)如圖所示,在一豎直平面內(nèi),y軸左側(cè)有一水平向右的勻強電場E1和垂直紙面向里的勻強磁場B,y軸右側(cè)有一豎直方向的勻強電場E2,一電荷量為q(電性未知)、質(zhì)量為m的微粒從x軸上A點以一定初速度與水平方向成θ=37角沿直線經(jīng)P點運動到圖中C點,其中m、q、B均已知,重力加速度為g,則( BD ) A.微粒一定帶負(fù)電 B.電場強度E2一定豎直向上 C.兩電場強度之比= D.微粒的初速度為v= 解析:微粒從A到P受重力、電場力和洛倫茲力作用做直線運動,則微粒做勻速直線運動,由左手定則及電場力的性質(zhì)可確定微粒一定帶正電,A錯誤;此時有qE1=mgtan 37,微粒從P到C在電場力、重力作用下做直線運動,必有mg=qE2,所以E2的方向豎直向上,B正確;由以上分析可知=,C錯誤;AP段有mg=Bqvcos 37,即v=,D正確. 4.(2016浙江嘉興期末檢測)洛倫茲力演示儀是由勵磁線圈(也叫亥姆霍茲線圈)、洛倫茲力管和電源控制部分組成的.勵磁線圈是一對彼此平行的共軸串聯(lián)的圓形線圈,它能夠在兩線圈之間產(chǎn)生(垂直于線圈平面的)勻強磁場.洛倫茲力管的圓球形玻璃泡內(nèi)有電子槍,能夠連續(xù)發(fā)射出電子,玻璃泡內(nèi)充滿稀薄氣體,電子在玻璃泡內(nèi)運動時,可以顯示出電子運動的徑跡,其結(jié)構(gòu)如圖所示.現(xiàn)給勵磁線圈通電,電子槍垂直磁場方向向左發(fā)射電子,恰好形成如“結(jié)構(gòu)示意圖”所示的圓形徑跡,則( BD ) A.勵磁線圈通道有逆時針方向的電流 B.若只增大加速電壓,可以使電子流的圓形徑跡半徑增大 C.若只增大勵磁圈中的電流,可以使電子流的圓形徑跡半徑增大 D.若已知電子的比荷,燈絲發(fā)出的電子的初速為零,加速電壓為U,則可通過測量圓形徑跡的直徑來估算兩線圓間的磁感應(yīng)強度 解析:電子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動,根據(jù)左手定則可知,電子所在磁場的方向垂直紙面向里,根據(jù)安培定則可知:勵磁線圈通有順時針方向的電流,選項A錯誤;根據(jù)牛頓第二定律可得R=,欲增大圓形半徑R,可減小B,即只減小勵磁線圈的電流,選項C錯誤;欲增大圓形徑跡半徑R,可增大v,根據(jù)動能定理eU=mv2可知只增大加速電壓,可增大v,選項B正確;根據(jù)上述兩式可得 B===,選項D正確. 5.如圖所示,一半徑為R的圓表示一柱形區(qū)域的橫截面(紙面).在柱形區(qū)域內(nèi)加一方向垂直于紙面的勻強磁場,一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子沿圖中直線在圓上的a點射入柱形區(qū)域,在圓上的b點離開該區(qū)域,離開時速度方向與直線垂直.圓心O到直線的距離為R.現(xiàn)將磁場換為平行于紙面且垂直于直線的勻強電場,同一粒子以同樣速度沿直線在a點射入柱形區(qū)域,也在b點離開該區(qū)域.若磁感應(yīng)強度大小為B,不計重力,求電場強度的大小. 解析:粒子在磁場中做圓周運動,設(shè)圓周的半徑為r,由牛頓第二定律和洛倫茲力公式得qvB=m,式中v為粒子在a點的速度.過b點和O點作直線的垂線,分別與直線交于c和d點.由幾何關(guān)系知,線段ac、bc和過a、b兩點的軌跡圓弧的兩條半徑(未畫出)圍成一正方形. 因此ac=bc=r.設(shè)cd=x,由幾何關(guān)系 ac=R+x,bc=R+. 聯(lián)立②③④式得r=R. 再考慮粒子在電場中的運動.設(shè)電場強度的大小為E,粒子在電場中做類平拋運動.設(shè)其加速度大小為a,由牛頓第二定律和帶電粒子在電場中的受力公式得qE=ma. 粒子在電場方向和直線方向運動的距離均為r,由運動學(xué)公式得 r=at2,r=vt,式中t是粒子在電場中運動的時間. 聯(lián)立解得E=. 答案: 6.(2015重慶卷)右圖為某種離子加速器的設(shè)計方案.兩個半圓形金屬盒內(nèi)存在相同的垂直于紙面向外的勻強磁場.其中MN和M′N′是間距為h的兩平行極板,其上分別有正對的兩個小孔O和O′,O′N′=ON=d,P為靶點,O′P=kd(k為大于1的整數(shù)).極板間存在方向向上的勻強電場,兩極板間電壓為U.質(zhì)量為m、帶電量為q的正離子從O點由靜止開始加速,經(jīng)O′進入磁場區(qū)域.當(dāng)離子打到極板上O′N′區(qū)域(含N′點)或外殼上時將會被吸收.兩虛線之間的區(qū)域無電場和磁場存在,離子可勻速穿過.忽略相對論效應(yīng)和離子所受的重力.求: (1)離子經(jīng)過電場僅加速一次后能打到P點所需的磁感應(yīng)強度大小; (2)能使離子打到P點的磁感應(yīng)強度的所有可能值; (3)打到P點的能量最大的離子在磁場中運動的時間和在電場中運動的時間. 解析:(1)離子在電場中加速一次的速度為v, 由動能定理qU=mv2 在磁場中洛倫茲力提供向心力有qvB=m,能打到P點,則2r=kd 聯(lián)立以上幾式得B= (2)離子可以n次被加速做圓周運動最終打到P點,則有nqU=mv 最后做圓周運動的半徑應(yīng)滿足2rn=kd 由qvnB=m得B= 當(dāng)離子經(jīng)過第一次加速,在磁場中偏轉(zhuǎn)時, qU=mv,qv1B= 解得r1=,由于- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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