《（江蘇專版）2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題三 第三講 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課前自測(cè)診斷卷（含解析）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（江蘇專版）2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題三 第三講 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課前自測(cè)診斷卷（含解析）（9頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、（江蘇專版）2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題三 第三講 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課前自測(cè)診斷卷（含解析）考點(diǎn)一電磁技術(shù)的應(yīng)用1.考查對(duì)霍爾效應(yīng)的理解與分析在一個(gè)很小的厚度為d的矩形半導(dǎo)體薄片上，制作四個(gè)電極 E、F、M、N，它就成了一個(gè)霍爾元件，如圖所示。在E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B，則薄片中的載流子(形成電流的自由電荷)就在洛倫茲力的作用下，向著與電流和磁場(chǎng)都垂直的方向漂移，使M、N 間出現(xiàn)了電壓，稱為霍爾電壓UH?？梢宰C明UH，k為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)。下列說法正確的是()A若M的電勢(shì)高于N的電勢(shì)，則載流子帶正電B霍爾系數(shù)k較大的材料，其內(nèi)部單位體積

2、內(nèi)的載流子數(shù)目較多C借助霍爾元件能夠把電壓表改裝成磁強(qiáng)計(jì)(測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度)D霍爾電壓UH越大，載流子受到磁場(chǎng)的洛倫茲力越小解析：選C根據(jù)左手定則可知載流子向N偏轉(zhuǎn)，若載流子帶正電，則N的電勢(shì)高于M的電勢(shì)，A錯(cuò)誤；設(shè)左右兩個(gè)表面相距為L，載流子所受的電場(chǎng)力等于洛倫茲力：eevB，設(shè)材料單位體積內(nèi)載流子的個(gè)數(shù)為n，材料截面積為S，IneSv，SdL，聯(lián)立解得：UH，令k，則UHk，所以根據(jù)k可知單位體積內(nèi)的載流子數(shù)目，隨著霍爾系數(shù)增大而減小，B錯(cuò)誤；根據(jù)UH可得B，故借助霍爾元件能夠把電壓表改裝成磁強(qiáng)計(jì)(測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度)，C正確；載流子受到的洛倫茲力Fe，霍爾電壓UH越大，載流子受到磁場(chǎng)的洛倫茲力

3、越大，D錯(cuò)誤。2考查回旋加速器的原理分析多選回旋加速器工作原理示意圖如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，兩盒間的狹縫很小，粒子穿過的時(shí)間可忽略，它們接在電壓為U、頻率為f的交流電源上，若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子在加速器中被加速，下列說法正確的是()A若只增大交流電壓U，則質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能增大B若只增大交流電壓U，則質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)行時(shí)間會(huì)變短C若磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大，交流電頻率f必須適當(dāng)增大才能正常工作D不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f，該回旋加速器也能用于加速粒子解析：選BC當(dāng)粒子從D形盒中出來時(shí)速度最大，根據(jù)qvmBm，得vm，那么質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能Ekm，則最大動(dòng)能與交流電壓U無

4、關(guān)，故A錯(cuò)誤。根據(jù)T，若只增大交流電壓U，不會(huì)改變質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)行的周期，但加速次數(shù)減少，則運(yùn)行時(shí)間也會(huì)變短，故B正確。根據(jù)T，若磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大，那么T會(huì)減小，則交流電頻率f必須適當(dāng)增大才能正常工作，故C正確。帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期與加速電場(chǎng)的周期相等，根據(jù)T知，換用粒子，粒子的比荷變化，周期變化，回旋加速器需改變交流電的頻率f才能加速粒子，故D錯(cuò)誤。3考查用質(zhì)譜儀分析兩種離子的運(yùn)動(dòng)多選一束粒子流由左端平行于極板P1射入質(zhì)譜儀，沿著直線通過電磁場(chǎng)復(fù)合區(qū)后，并從狹縫S0進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2，在磁場(chǎng)B2中分為如圖所示的三束。下列說法中正確的是()A速度選擇器的P1極板帶負(fù)電B粒子1帶負(fù)電C

5、能通過狹縫S0的帶電粒子的速率等于D粒子2的比荷的絕對(duì)值最大解析：選BC三種粒子在正交的電磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由受力平衡得：qvBqE，根據(jù)左手定則可知，若帶電粒子帶正電荷，洛倫茲力的方向向上，所以電場(chǎng)力的方向向下，速度選擇器的P1極板帶正電；若帶電粒子帶負(fù)電，洛倫茲力的方向向下，所以電場(chǎng)力方向向上，速度選擇器的P1極板帶正電，故速度選擇器的P1極板一定是帶正電，與帶電粒子無關(guān)，故A錯(cuò)誤。在磁場(chǎng)B2中，磁場(chǎng)的方向垂直紙面向外，根據(jù)左手定則，正電荷受到的洛倫茲力的方向向下，將向下偏轉(zhuǎn)；負(fù)電荷受到的洛倫茲力的方向向上，將向上偏轉(zhuǎn)，所以粒子1帶負(fù)電，故B正確。能通過狹縫S0的帶電粒子受到的電場(chǎng)力與

6、洛倫茲力的大小相等，方向相反，即：qvB1qE，所以v，故C正確。根據(jù)qvB2m，解得：r，r與比荷成反比，粒子2的半徑最大，所以粒子2的比荷的絕對(duì)值最小，故D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)二帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)4.考查帶電粒子加速后進(jìn)入磁場(chǎng)如圖所示，在坐標(biāo)系xOy的第二象限內(nèi)有沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E。第三象限內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，y軸右側(cè)區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，、磁場(chǎng)的方向均垂直于紙面向里。一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子自P(l，l )點(diǎn)由靜止釋放，沿垂直于x軸的方向進(jìn)入磁場(chǎng)，接著以垂直于y軸的方向進(jìn)入磁場(chǎng)，不計(jì)粒子重力。(1)求磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1；(2)若磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B23B1，求粒子從第一次

7、經(jīng)過y軸到第四次經(jīng)過y軸的時(shí)間t及這段時(shí)間內(nèi)的位移。解析：(1)設(shè)粒子垂直于x軸進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為v，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有：2alv2，由牛頓第二定律有：Eqma，由題意知，粒子在中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為l，由牛頓第二定律有：qvB1m，聯(lián)立以上各式，解得：B1。(2)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為r1，周期為T1，則r1l，T1設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為r2，周期為T2，有：3qvB1m，T2得：r2，T2。粒子從第一次經(jīng)過y軸到第四次經(jīng)過y軸的時(shí)間tT2，代入數(shù)據(jù)得t 粒子從第一次經(jīng)過y軸到第四次經(jīng)過y軸時(shí)間內(nèi)的位移s2r14r22r2解得：sl，方向沿y軸負(fù)方向。答案：(1)

8、(2) l，方向沿y軸負(fù)方向5考查帶電粒子由磁場(chǎng)進(jìn)入電場(chǎng)后再返回磁場(chǎng)的情況如圖所示，真空中有一以O(shè)點(diǎn)為圓心的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，半徑為R，磁場(chǎng)垂直紙面向里，在yR的區(qū)域存在沿y方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，在M點(diǎn)有一粒子源，輻射的粒子以相同的速率v沿不同方向射入第一象限，發(fā)現(xiàn)沿x方向射入磁場(chǎng)的粒子穿出磁場(chǎng)進(jìn)入電場(chǎng)，速度減小到0后又返回磁場(chǎng)，已知粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，粒子重力不計(jì)。(1)求圓形磁場(chǎng)區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。?2)求沿x方向射入磁場(chǎng)的粒子，從進(jìn)入磁場(chǎng)到再次穿出磁場(chǎng)所走過的路程；(3)沿與x方向成60角射入的粒子，最終將從磁場(chǎng)邊緣的N點(diǎn)(圖中未畫出)穿出，不再進(jìn)入磁場(chǎng)，求N點(diǎn)的坐標(biāo)和

9、粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的總時(shí)間。解析：(1)沿x方向射入磁場(chǎng)的粒子穿出磁場(chǎng)進(jìn)入電場(chǎng)后，速度減小到0，粒子一定是從如圖中的P點(diǎn)射出磁場(chǎng)，逆電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)，所以粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑：rR根據(jù)Bqvm得：B。(2)粒子返回磁場(chǎng)后，經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從H點(diǎn)射出磁場(chǎng)，MH為直徑，在磁場(chǎng)中的路程為二分之一圓周長s1R設(shè)在電場(chǎng)中路程為s2，根據(jù)動(dòng)能定理Eqmv2解得s2總路程sR。(3)沿與x方向成60角射入的粒子，經(jīng)分析從C點(diǎn)豎直射出磁場(chǎng)，從D點(diǎn)射入、射出電場(chǎng)，又從C點(diǎn)射入磁場(chǎng)，最后從N點(diǎn)(MN為直徑)射出磁場(chǎng)。所以N點(diǎn)坐標(biāo)為(2R,0)。C點(diǎn)在磁場(chǎng)中，MC段圓弧對(duì)應(yīng)圓心角30，CN段圓弧對(duì)應(yīng)圓心角150，所

10、以在磁場(chǎng)中的時(shí)間為半個(gè)周期，t1粒子在CD段做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由幾何關(guān)系知CDt2粒子在電場(chǎng)中做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，加速度at3總時(shí)間tt1t2t3。答案：(1)(2)R (3)(2R,0)考點(diǎn)三帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)6.考查帶電粒子在疊加場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)多選如圖所示，區(qū)域中有正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，區(qū)域中只有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，不同的離子(不計(jì)重力)從左側(cè)進(jìn)入兩個(gè)區(qū)域，在區(qū)域中都沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在區(qū)域中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡都相同，則關(guān)于這些離子說法正確的是()A離子一定都帶正電B這些離子進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)的初速度相等C離子的比荷一定相同D這些離子的初動(dòng)能一定相同解析：選BC因?yàn)樗鼈兺ㄟ^區(qū)域時(shí)不偏轉(zhuǎn)，說明受到的電場(chǎng)力與洛

11、倫茲力相等，即EqB1qv，故離子的速度相等。若為正離子，則電場(chǎng)力向下，洛倫茲力向上；若為負(fù)離子，則電場(chǎng)力向上，洛倫茲力向下，同樣能夠滿足平衡，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確。又因?yàn)檫M(jìn)入磁場(chǎng)后，其偏轉(zhuǎn)半徑相同，由公式R可知，它們的比荷相同，選項(xiàng)C正確。雖然確定初速度相等，但無法判斷質(zhì)量是否相等，所以無法判斷初動(dòng)能是否相等，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7考查帶電粒子在疊加場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)多選如圖所示，豎直虛線邊界左側(cè)為一半徑為R的光滑半圓軌道，O為圓心，A為最低點(diǎn)，C為最高點(diǎn)，右側(cè)同時(shí)存在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一電荷量為q、質(zhì)量為m的帶電小球從半圓軌道的最低點(diǎn)A以某一初速度開始運(yùn)動(dòng)恰好能到最高點(diǎn)C，

12、進(jìn)入右側(cè)區(qū)域后恰好又做勻速圓周運(yùn)動(dòng)回到A點(diǎn)，空氣阻力不計(jì)，重力加速度為g。則()A小球在最低點(diǎn)A開始運(yùn)動(dòng)的初速度大小為B小球返回A點(diǎn)后可以第二次到達(dá)最高點(diǎn)CC小球帶正電，且電場(chǎng)強(qiáng)度大小為D勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為解析：選ACD小球恰能經(jīng)過最高點(diǎn)C，則mgm，解得vC；從A到C由動(dòng)能定理：mg2RmvC2mvA2，解得vA，選項(xiàng)A正確；小球在復(fù)合場(chǎng)中以速度做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，再次過A點(diǎn)時(shí)的速度為，則小球不能第二次到達(dá)最高點(diǎn)C，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；小球在復(fù)合場(chǎng)中受向下的重力和向上的電場(chǎng)力而平衡，可知小球帶正電，滿足mgqE，解得E，選項(xiàng)C正確；由qvBm，其中v，解得B，選項(xiàng)D正確。8考查帶電粒子在疊加場(chǎng)中

13、的直線運(yùn)動(dòng)與類平拋運(yùn)動(dòng)如圖所示，空間中存在著水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小E5 N/C，同時(shí)存在著水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其方向與電場(chǎng)方向垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0.5 T。有一帶正電的小球，質(zhì)量m1106 kg，電荷量q2106 C，正以速度v在圖示的豎直面內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)撤掉磁場(chǎng)(不考慮磁場(chǎng)消失引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象)，取g10 m/s2。求：(1)小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度v的大小和方向；(2)從撤掉磁場(chǎng)到小球再次穿過P點(diǎn)所在的這條電場(chǎng)線經(jīng)歷的時(shí)間t。解析：(1)小球勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)受力如圖，其所受的三個(gè)力在同一平面內(nèi)，合力為零，有qvB代入數(shù)據(jù)解得v20 m/s速度v的方向與電場(chǎng)E的

14、方向之間的夾角滿足tan 代入數(shù)據(jù)解得tan 60。(2)法一：撤去磁場(chǎng)，小球在重力與電場(chǎng)力的合力作用下做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)其加速度為a，有a設(shè)撤掉磁場(chǎng)后小球在初速度方向上的分位移為x，有xvt設(shè)小球在重力與電場(chǎng)力的合力方向上分位移為y，有yat2a與mg的夾角和v與E的夾角相同，均為，又tan 聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)解得t2 s3.46 s。法二：撤去磁場(chǎng)后，由于電場(chǎng)力垂直于豎直方向，它對(duì)豎直方向的分運(yùn)動(dòng)沒有影響，以P點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，豎直向上為正方向，小球在豎直方向上做勻減速運(yùn)動(dòng)，其初速度為vyvsin 若使小球再次穿過P點(diǎn)所在的電場(chǎng)線，僅需小球在豎直方向上分位移為零，則有vytgt20聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)

15、解得t2 s3.46 s。答案：(1)20 m/s，方向與電場(chǎng)方向成60角斜向上(2)3.46 s考點(diǎn)四帶電粒子在交變場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)9.考查帶電粒子在周期性變化的電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)如圖甲所示，兩個(gè)平行正對(duì)的水平金屬板XX板長L0.2 m，板間距離d0.2 m，在金屬板右端豎直邊界MN的右側(cè)有一區(qū)域足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B5103 T，方向垂直紙面向里?，F(xiàn)將X極板接地，X極板上電勢(shì)隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示。現(xiàn)有帶正電的粒子流以v01105 m/s的速度沿水平中線OO連續(xù)射入電場(chǎng)中，粒子的比荷1108 C/kg，重力可忽略不計(jì)，在每個(gè)粒子通過電場(chǎng)的極短時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng)(設(shè)兩板外無電

16、場(chǎng))。求：(1)若粒子恰好可以從極板右側(cè)邊緣飛出，求此時(shí)兩極板間的電壓值；(2)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長時(shí)間和最短時(shí)間之比；(3)分別從O點(diǎn)和距O點(diǎn)下方0.05 m處射入磁場(chǎng)的兩個(gè)粒子，在MN上射出磁場(chǎng)時(shí)兩出射點(diǎn)之間的距離。解析：(1)帶電粒子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)水平方向：Lv0t，豎直方向：yat2設(shè)此時(shí)兩極板間的電壓值為U1，則qma，聯(lián)立以上各式，解得U1 V。(2)當(dāng)U V時(shí)進(jìn)入電場(chǎng)中的粒子將打到極板上，即在電壓等于 V時(shí)刻進(jìn)入磁場(chǎng)的粒子具有最大速度所以由動(dòng)能定理得到：qmvmax2mv02解得：vmax105 m/s此時(shí)粒子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度與水平方向的夾角滿足cos ，則30，從下

17、極板邊緣射出的粒子軌跡如圖中a所示，在磁場(chǎng)中軌跡所對(duì)的圓心角為240，時(shí)間最長從上極板邊緣射出的粒子軌跡如圖中b所示，在磁場(chǎng)中軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角為120，時(shí)間最短，因?yàn)閮闪Ｗ拥闹芷赥相同，所以粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長時(shí)間和最短時(shí)間之比為21。(3)如圖所示，從O點(diǎn)射入磁場(chǎng)的粒子速度為v0它在磁場(chǎng)中的出射點(diǎn)與入射點(diǎn)間距為d12R1由qv1Bm，解得：R1，v1v0所以：d1從距O點(diǎn)下方0.05 m處射入磁場(chǎng)的粒子速度與水平方向夾角為則它的速度為：v2它在磁場(chǎng)中的出射點(diǎn)與入射點(diǎn)間距為d22R2cos 由于R2，所以：d2所以兩個(gè)粒子向上偏移的距離相等所以兩粒子射出磁場(chǎng)的出射點(diǎn)間距仍為射入磁場(chǎng)時(shí)的間距，即d0.05 m。答案：(1) V(2)21(3)0.05 m