2019年高考物理總復習 8-4帶電粒子在復合場中的運動訓練試題 新人教版.doc
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2019年高考物理總復習 8-4帶電粒子在復合場中的運動訓練試題 新人教版1.(多選)場強為E的勻強電場與磁感應強度為B的勻強磁場正交,復合場的水平寬度為d,豎直方向足夠長,如圖所示現(xiàn)有一束電荷量為q、質(zhì)量為m的粒子以各不相同的初速度v0沿電場方向射入場區(qū),則那些能飛出場區(qū)的粒子的動能增量Ek可能為()Adq(EB)B.CqEd D0解析帶電粒子可從左側(cè)或右側(cè)飛出場區(qū),由于洛倫茲力不做功,電場力做功與路徑無關(guān),所以從左側(cè)飛出時Ek0,從右側(cè)飛出時,EkqEd,故選項C、D正確答案CD2(多選)(xx浙江重點中學摸底)如右圖所示,在正三角形區(qū)域內(nèi)存在著垂直于紙面的勻強磁場和平行于AB的水平方向的勻強電場,一不計重力的帶電粒子剛好以某一初速度從三角形O點沿角平分線OC做勻速直線運動若此區(qū)域只存在電場中,該粒子仍以此初速度從O點沿角平分線OC射入,則此粒子剛好從A點射出;若只存在磁場時,該粒子仍以此初速度從O點沿角平分線OC射入,則下列說法正確的是()A粒子將在磁場中做勻速圓周運動,運動軌道半徑等于三角形的邊長B粒子將在磁場中做勻速圓周運動,且從OB段射出磁場C粒子將在磁場中做勻速圓周運動,且從BC段射出磁場D根據(jù)已知條件可以求出該粒子分別在只有電場時和只有磁場時在該區(qū)域中運動的時間之比解析當勻強磁場和勻強電場并存時,粒子做勻速直線運動,則EqqvB;只存在水平方向的電場時,該粒子做類平拋運動,設(shè)三角形的邊長為L,則vt1,t,聯(lián)立得E;只存在磁場時,該粒子做圓周運動的半徑R,粒子將打到OB上,與O點距離處,可求出圓弧對應的圓心角,運動時間t2,則可求出,選項B、D正確答案BD3(多選)如圖所示是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖帶電粒子被加速電場加速后,進入速度選擇器速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有強度為B0的勻強磁場下列表述正確的是()A質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外C能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于E/BD粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P,粒子的比荷越小解析粒子在題圖中的電場中加速,說明粒子帶正電,其通過速度選擇器時,電場力與洛倫茲力平衡,則洛倫茲力方向應水平向左,由左手定則知,磁場的方向應垂直紙面向外,選項B正確;由EqBqv可知,vE/B,選項C正確;粒子打在膠片上的位置到狹縫的距離即為其做勻速圓周運動的直徑D,可見D越小,則粒子的比荷越大,D不同,則粒子的比荷不同,因此利用該裝置可以分析同位素,A項正確,D項錯誤答案ABC4(多選)(xx浙江)在半導體離子注入工藝中,初速度可忽略的磷離子P和P3,經(jīng)電壓為U的電場加速后,垂直進入磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向里、有一定寬度的勻強磁場區(qū)域,如圖所示已知離子P在磁場中轉(zhuǎn)動30后從磁場右邊界射出在電場和磁場中運動時,離子P和P3()A在電場中的加速度之比為11B在磁場中運動的半徑之比為1C在磁場中轉(zhuǎn)過的角度之比為12D離開電場區(qū)域時的動能之比為13解析離子在電場中加速過程中,由于電場強度相同,根據(jù)牛頓第二定律,可得a1a2q1q213,選項A錯誤;在電場中加速過程,由動能定理,可得qUmv2,在磁場中偏轉(zhuǎn)過程,有qvBm,兩式聯(lián)立,可得r,故r1r21,選項B正確;設(shè)磁場寬度為d,根據(jù)sin,可得,聯(lián)立解得260,選項C正確;由qUmv2Ek1,可知Ek1Ek213,選項D正確答案BCD5(單選)(xx重慶)如圖所示,一段長方體形導電材料,左右兩端面的邊長都為a和b,內(nèi)有帶電荷量為q的某種自由運動電荷導電材料置于方向垂直于其前表面向里的勻強磁場中,內(nèi)部磁感應強度大小為B.當通以從左到右的穩(wěn)恒電流I時,測得導電材料上、下表面之間的電壓為U,且上表面的電勢比下表面的低由此可得該導電材料單位體積內(nèi)自由運動電荷數(shù)及自由運動電荷的正負分別為()A.,負B.,正C.,負 D.,正解析假設(shè)粒子帶正電,根據(jù)左手定則,粒子受的洛倫茲力向上,上面聚集正電荷,則上板電勢高,與題意不符,所以粒子帶負電;達到穩(wěn)定狀態(tài)后,粒子受的電場力與洛倫茲力平衡,有qqvB,且In|q|Svn|q|abv,兩式聯(lián)立得n.答案C6(xx浙江)如圖所示,兩塊水平放置、相距為d的長金屬板接在電壓可調(diào)的電源上兩板之間的右側(cè)區(qū)域存在方向垂直紙面向里的勻強磁場將噴墨打印機的噴口靠近上板下表面,從噴口連續(xù)不斷噴出質(zhì)量均為m、水平速度均為v0、帶相等電荷量的墨滴調(diào)節(jié)電源電壓至U,墨滴在電場區(qū)域恰能沿水平向右做勻速直線運動;進入電場、磁場共存區(qū)域后,最終垂直打在下板的M點(1)判斷墨滴所帶電荷的種類,并求其電荷量;(2)求磁感應強度B的值;(3)現(xiàn)保持噴口方向不變,使其豎直下移到兩板中間的位置為了使墨滴仍能到達下板M點,應將磁感應強度調(diào)至B,則B的大小為多少?解析(1)墨滴在電場區(qū)域做勻速直線運動,有qmg由式,得q由于電場方向向下,電荷所受電場力向上,可知墨滴帶負電荷(2)墨滴垂直進入電、磁場共存區(qū)域,重力仍與電場力平衡,合力等于洛倫茲力,墨滴做勻速圓周運動,有qv0Bm考慮墨滴進入磁場和撞板的幾何關(guān)系,可知墨滴在該區(qū)域恰完成四分之一圓周運動,則半徑Rd由式,得B(3)根據(jù)題設(shè),墨滴運動軌跡如圖,設(shè)圓周運動半徑為R,有qv0Bm由圖示,可得R2d2(R)2得Rd聯(lián)立式,可得B答案(1)負電荷(2)(3)7.1932年,勞倫斯和利文斯設(shè)計出了回旋加速器回旋加速器的工作原理如圖所示,置于高真空中的D形金屬盒半徑為R,兩盒間的狹縫很小,帶電粒子穿過的時間可以忽略不計磁感應強度為B的勻強磁場與盒面垂直A處粒子源產(chǎn)生的粒子,質(zhì)量為m、電荷量為q,在加速器中被加速,加速電壓為U.加速過程中不考慮相對論效應和重力作用(1)求粒子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比;(2)求粒子從靜止開始加速到出口處所需的時間t;(3)實際使用中,磁感應強度和加速電場頻率都有最大值的限制若某一加速器磁感應強度和加速電場頻率的最大值分別為Bm、fm,試討論粒子能獲得的最大動能Ekm.解析(1)設(shè)粒子第1次經(jīng)過狹縫后的半徑為r1,速度為v1,則有qUmv,qv1Bm解得r1同理,粒子第2次經(jīng)過狹縫后的半徑r2則r2r11(2)設(shè)粒子到出口處被加速了n圈2nqUmv2,qvBm,T,tnT解得t(3)加速電場的頻率應等于粒子在磁場中做圓周運動的頻率,即f當磁感應強度為Bm時,加速電場的頻率應為fBm,粒子的動能Ekmv2當fBmfm時,粒子的最大動能由Bm決定qvmBmm解得Ekm當fBmfm時,粒子的最大動能由fm決定vm2fmR解得Ekm22mfR2答案(1)1(2)(3)當fBmfm時,Ekm;當fBmfm時,Ekm22mfR28(xx北京)利用霍爾效應制作的霍爾元件以及傳感器,廣泛應用于測量和自動控制等領(lǐng)域如圖1,將一金屬或半導體薄片垂直置于磁場B中,在薄片的兩個側(cè)面a、b間通以電流I時,另外兩側(cè)c、f間產(chǎn)生電勢差,這一現(xiàn)象稱霍爾效應其原因是薄片中的移動電荷受洛倫茲力的作用向一側(cè)偏轉(zhuǎn)和積累,于是c、f間建立起電場EH,同時產(chǎn)生霍爾電勢差UH.當電荷所受的電場力與洛倫茲力處處相等時,EH和UH達到穩(wěn)定值,UH的大小與I和B以及霍爾元件厚度d之間滿足關(guān)系式UHRH,其中比例系數(shù)RH稱為霍爾系數(shù),僅與材料性質(zhì)有關(guān)(1)設(shè)半導體薄片的寬度(c、f間距)為l,請寫出UH和EH的關(guān)系式;若半導體材料是電子導電的,請判斷圖1中c、f哪端的電勢高;(2)已知半導體薄片內(nèi)單位體積中導電的電子數(shù)為n,電子的電荷量為e,請導出霍爾系數(shù)RH的表達式(通過橫截面積S的電流InevS,其中v是導電電子定向移動的平均速率);(3)圖2是霍爾測速儀的示意圖,將非磁性圓盤固定在轉(zhuǎn)軸上,圓盤的周邊等距離地嵌裝著m個永磁體,相鄰永磁體的極性相反霍爾元件置于被測圓盤的邊緣附近當圓盤勻速轉(zhuǎn)動時,霍爾元件輸出的電壓脈沖信號圖象如圖3所示a若在時間t內(nèi),霍爾元件輸出的脈沖數(shù)目為P,請導出圓盤轉(zhuǎn)速N的表達式b利用霍爾測速儀可以測量汽車行駛的里程除此之外,請你展開“智慧的翅膀”,提出另一個實例或設(shè)想解析(1)UHEHl;由左手定則判斷,電子受洛倫茲力向f端偏轉(zhuǎn),故c端電勢高(2)由UHRH得RHUHEHl當電場力與洛倫茲力相等時,有eEHevB得EHvB又InevS將代入,得RHvBlvl(3)a.由于在時間t內(nèi),霍爾元件輸出的脈沖數(shù)目為P,則PmNt圓盤轉(zhuǎn)速為Nb提出的實例或設(shè)想合理即可答案(1)UHEHlc端電勢高(2)RH(3)見解析9(xx江蘇)在科學研究中,可以通過施加適當?shù)碾妶龊痛艌鰜韺崿F(xiàn)對帶電粒子運動的控制如圖1所示的xOy平面處于勻強電場和勻強磁場中,電場強度E和磁感應強度B隨時間t作周期性變化的圖象如圖2所示x軸正方向為E的正方向,垂直紙面向里為B的正方向在坐標原點O有一粒子P,其質(zhì)量和電荷量分別為m和q.不計重力在t時刻釋放P,它恰能沿一定軌道做往復運動(1)求P在磁場中運動時速度的大小v0;(2)求B0應滿足的關(guān)系;(3)在t0(0t00,得0v0(l)(3)小球Q在空間做平拋運動,要滿足題設(shè)要求,則運動到小球P穿出電磁場區(qū)域的同一水平高度時的W點時,其豎直方向的速度vy與豎直位移yQ必須滿足vyvyQR設(shè)小球Q運動到W點時間為t,由平拋運動,有vygtyQgt2聯(lián)立相關(guān)方程,解得B1B2B1是B2的0.5倍答案(1)P帶正電(2)00)的粒子從坐標原點O沿xOy平面以不同的初速度大小和方向入射到該磁場中不計重力和粒子間的影響(1)若粒子以初速度v1沿y軸正向入射,恰好能經(jīng)過x軸上的A(a,0)點,求v1的大小;(2)已知一粒子的初速度大小為v(vv1),為使該粒子能經(jīng)過A(a,0)點,其入射角(粒子初速度與x軸正向的夾角)有幾個?并求出對應的sin值;(3)如圖乙所示,若在此空間再加入沿y軸正向、大小為E的勻強電場,一粒子從O點以初速度v0沿y軸正向發(fā)射研究表明:粒子在xOy平面內(nèi)做周期性運動,且在任一時刻,粒子速度的x分量vx與其所在位置的y坐標成正比,比例系數(shù)與場強大小E無關(guān)求該粒子運動過程中的最大速度值vm.解析(1)帶電粒子以速率v在勻強磁場B中做勻速圓周運動,半徑為R,有qvBm當粒子沿y軸正向入射,轉(zhuǎn)過半個圓周至A點,該圓周半徑為R1,有R1由式代入式,得v1(2)如圖所示,O、A兩點處于同一圓周上,且圓心在x的直線上,半徑為R.當給定一個初速率v時,有2個入射角,分別在第1、2象限,有sinsin由式,解得sin(3)粒子在運動過程中僅電場力做功,因而在軌道的最高點處速率最大,用ym表示其y坐標,由動能定理,有qEymmvmv由題知,有vmkym若E0時,粒子以初速度v0沿y軸正向入射,有qv0Bmv0kR0由式,解得vm答案(1)(2)2個均為sin(3)14.如圖所示,坐標平面第象限內(nèi)存在大小為E4105 N/C、方向水平向左的勻強電場,在第象限內(nèi)存在方向垂直紙面向里的勻強磁場質(zhì)荷比為41010 N/C的帶正電粒子從x軸的A點以初速度v02107 m/s垂直x軸射入電場,OA0.2 m,不計重力求:(1)粒子經(jīng)過y軸時的位置到原點O的距離;(2)若要求粒子不能進入第三象限,求磁感應強度B的取值范圍(不考慮粒子第二次進入電場后的運動情況)解析(1)設(shè)粒子在電場中運動的時間為t,粒子經(jīng)過y軸時的位置與原點O的距離為y,則有sOAat2,a,E,yv0t聯(lián)立解得a1.01015 m/s2,t2.0108 s,y0.4 m(2)粒子經(jīng)過y軸時在電場方向的分速度為vxat2107 m/s粒子經(jīng)過y軸時的速度大小為v2107 m/s與y軸正方向的夾角為,arctan45要使粒子不進入第三象限,如圖所示,此時粒子做勻速圓周運動的軌道半徑為R,則RRyqvBm聯(lián)立解得B(22)102 T答案(1)0.4 m(2)B(22)102 T- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、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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