2019屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 磁場(chǎng) 課時(shí)作業(yè)26 帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng).doc

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課時(shí)作業(yè)（二十六）帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) [基礎(chǔ)小題練] 1.MN板兩側(cè)都是磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向如下圖所示，帶電粒子從a位置以垂直磁場(chǎng)方向的速度開始運(yùn)動(dòng)，依次通過小孔b、c、d，已知ab＝bc＝cd，粒子從a運(yùn)動(dòng)到d的時(shí)間為t，則粒子的比荷為(　　) A. B． C. D． 【解析】　粒子從a運(yùn)動(dòng)到d依次經(jīng)過小孔b、c、d，經(jīng)歷的時(shí)間t為3個(gè)，由t＝3和T＝，可得：＝，故A正確． 【答案】　A 2.如圖所示，a、b是兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊界上的兩點(diǎn)，左邊勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線垂直紙面向里，右邊勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線垂直紙面向外，兩邊的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等．電荷量為2e的正離子以某一速度從a點(diǎn)垂直磁場(chǎng)邊界向左射出，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)時(shí)，擊中并吸收了一個(gè)處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子，不計(jì)正離子和電子的重力且忽略正離子和電子間的相互作用，則它們?cè)诖艌?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡是(　　) 【解析】　正離子以某一速度擊中并吸收了一個(gè)處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子后，速度不變，電荷量變?yōu)椋玡，由左手定則可判斷出正離子過b點(diǎn)時(shí)所受洛倫茲力方向向下，由r＝可知，軌跡半徑增大到原來(lái)的2倍，所以在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡是圖D. 【答案】　D 3.如圖所示，在一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)，兩個(gè)方向相反且都垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)分布在以直徑A2A4為邊界的兩個(gè)半圓形區(qū)域Ⅰ、Ⅱ中，已知A2A4與A1A3的夾角為60.一質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的粒子以某一速度從Ⅰ區(qū)的邊緣點(diǎn)A1處沿與A1A3成30角的方向射入磁場(chǎng)，隨后該粒子以垂直于A2A4的方向經(jīng)過圓心O進(jìn)入Ⅱ區(qū)，最后再?gòu)腁4處射出磁場(chǎng)．若忽略該粒子重力，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．粒子在磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ、Ⅱ中運(yùn)動(dòng)的半徑r1和r2之比為2∶1 B．粒子在磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ、Ⅱ中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T1和T2之比為1∶2 C．粒子在磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ、Ⅱ中運(yùn)動(dòng)所用的時(shí)間t1和t2之比為2∶1 D．磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ、Ⅱ中的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1和B2之比為1∶2 【解析】　由粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡可知，粒子在磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ中運(yùn)動(dòng)的半徑等于磁場(chǎng)半徑，在磁場(chǎng)區(qū)域Ⅱ中運(yùn)動(dòng)的半徑為磁場(chǎng)半徑的一半．故粒子在磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ、Ⅱ中運(yùn)動(dòng)的半徑r1和r2之比為2∶1，A正確．由帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑公式R＝，知磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ、Ⅱ中的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1和B2之比為1∶2，D正確． 【答案】　AD 4．如圖所示，豎直放置的兩塊很大的平行金屬板a、b，相距為d，ab間的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，今有一帶正電的微粒從a板下邊緣以初速度v0豎直向上射入電場(chǎng)，當(dāng)它飛到b板時(shí)，速度大小不變，而方向變?yōu)樗椒较?，且剛好從高度也為d的狹縫穿過b板而進(jìn)入bc區(qū)域，bc區(qū)域的寬度也為d，所加電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，方向豎直向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小等于，重力加速為g，則下列關(guān)于微粒運(yùn)動(dòng)的有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　) A．微粒在ab區(qū)域的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 B．微粒在bc區(qū)域中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圓周半徑r＝2d C．微粒在bc區(qū)域中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 D．微粒在ab、bc區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為 【解析】　微粒在ab區(qū)域，豎直方向上做勻減速運(yùn)動(dòng)，由v0＝gt得t＝，故A正確；水平方向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，a＝＝g，則qE＝mg，進(jìn)入bc區(qū)域，電場(chǎng)力大小未變，方向豎直向上，電場(chǎng)力與重力平衡，微粒做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由qv0B＝，得r＝，代入數(shù)據(jù)得r＝，又v＝2gd，故r＝2d，B正確；在bc區(qū)域，微粒運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)圓心角為α，sin α＝，α＝，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t＝＝＝，故C錯(cuò)誤；微粒在ab區(qū)域的運(yùn)動(dòng)時(shí)間也可以表示為t＝＝，故總時(shí)間t總＝＋＝，故D正確． 【答案】　ABD 5．如圖所示，有理想邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，某帶電粒子的比荷(電荷量與質(zhì)量之比)大小為k，由靜止開始經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加速后，從O點(diǎn)垂直射入磁場(chǎng)，又從P點(diǎn)穿出磁場(chǎng)．下列說(shuō)法正確的是(不計(jì)粒子所受重力)(　　) A．如果只增加U，粒子可以從dP之間某位置穿出磁場(chǎng) B．如果只減小B，粒子可以從ab邊某位置穿出磁場(chǎng) C．如果既減小U又增加B，粒子可以從bc邊某位置穿出磁場(chǎng) D．如果只增加k，粒子可以從dP之間某位置穿出磁場(chǎng) 【解析】　設(shè)粒子被電場(chǎng)加速后的速度為v，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為R，則電場(chǎng)加速過程，有qU＝mv2，在磁場(chǎng)中有qvB＝m，R＝，聯(lián)立得R＝ ＝ .如果只增大U，半徑R增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；如果只減小B，半徑R增大，粒子向下偏 ，不可能從ab邊某位置穿出磁場(chǎng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；如果既減小U又增加B，半徑R減小，粒子不可能從bc邊某位置穿出磁場(chǎng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；如果只增加k，半徑R減小，粒子可從dP之間某位置穿出磁場(chǎng)，選項(xiàng)D正確． 【答案】　D 6．如圖所示，平行金屬板a、b之間的距離為d，a板帶正電荷，b板帶負(fù)電荷，a、b之間還有一垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫出)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1.一不計(jì)重力的帶電粒子以速度v0射入a、b之間，恰能在兩金屬板之間勻速向下運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)入PQ下方的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，PQ下方的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2，方向如圖所示．已知帶電粒子的比荷為c，則(　　) A．帶電粒子在a、b之間運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到的電場(chǎng)力水平向右 B．平行金屬板a、b之間的電壓為U＝dv0B1 C．帶電粒子進(jìn)入PQ下方的磁場(chǎng)之后，向左偏轉(zhuǎn) D．帶電粒子在PQ下方磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為 【解析】　由于不知道帶電粒子的電性，故無(wú)法確定帶電粒子在a、b間運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的電場(chǎng)力的方向，也無(wú)法確定帶電粒子進(jìn)入PQ下方的磁場(chǎng)之后向哪偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；粒子在a、b之間做勻速直線運(yùn)動(dòng)，有q＝qv0B1，解得平行金屬板a、b之間的電壓為U＝dv0B1，選項(xiàng)B正確；帶電粒子在PQ下方的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑為r＝＝，選項(xiàng)D正確． 【答案】　BD [創(chuàng)新導(dǎo)向練] 7．科技前沿——利用回旋加速器加速帶電粒子 1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖所示，這臺(tái)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(shuō)法正確的是(　　) A．帶電粒子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器 B．帶電粒子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器 C．帶電粒子從磁場(chǎng)中獲得能量 D．帶電粒子從電場(chǎng)中獲得能量 【解析】　要使帶電粒子經(jīng)電場(chǎng)多次加速獲得足夠大能量，應(yīng)使粒子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器，而從邊緣離開，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；由于洛倫茲力并不做功，而粒子通過電場(chǎng)時(shí)有qU＝mv2，故粒子是從電場(chǎng)中獲得能量，因此選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確． 【答案】　AD 8．科技前沿——利用質(zhì)譜儀分析放射性元素的同位素 質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖所示，離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束(速度可看作為零)，經(jīng)加速電場(chǎng)加速后垂直進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，到達(dá)記錄它的照相底片P上，設(shè)離子在P上的位置到入口處S1的距離為x，可以判斷(　　) A．若離子束是同位素，則x越大，離子的質(zhì)量越大 B．若離子束是同位素，則x越大，離子的質(zhì)量越小 C．只要x相同，則離子的質(zhì)量一定相同 D．只要x相同，則離子的比荷一定相同 【解析】　帶電粒子通過加速電場(chǎng)加速，由動(dòng)能定理qU＝mv2，得加速后粒子的速度v＝，進(jìn)入質(zhì)譜儀的磁場(chǎng)中，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，測(cè)得圓周半徑R＝＝，x＝2R，若離子束是同位素，則x越大，離子的質(zhì)量越大，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；只要x相同，則離子的比荷一定相同，而質(zhì)量不一定相同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確． 【答案】　AD 9．科技生活——電視畫面幅度失真原因分析 如圖所示是電視機(jī)顯像管及其偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖．初速度不計(jì)的電子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后進(jìn)入有限邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后打在熒光屏上．如果發(fā)現(xiàn)電視畫面幅度與正常的相比偏小，則引起這種現(xiàn)象的可能原因是(　　) A．電子槍發(fā)射能力減弱，電子數(shù)減少 B．加速電場(chǎng)的電壓過低，電子速率偏小 C．偏轉(zhuǎn)線圈局部短路，線圈匝數(shù)減少 D．偏轉(zhuǎn)線圈中電流過大，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)增強(qiáng) 【解析】　電視畫面幅度比正常的偏小，是由于電子束的偏轉(zhuǎn)角減小，即軌道半徑增大．而電子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)的半徑r＝，電子槍發(fā)射能力減弱，即發(fā)射的電子數(shù)減少，而運(yùn)動(dòng)的電子速率及磁場(chǎng)不變，因此不會(huì)影響電視畫面幅度的大小，故A錯(cuò)誤；當(dāng)加速電場(chǎng)電壓過低，則電子速率偏小，導(dǎo)致電子運(yùn)動(dòng)半徑減小，從而使偏轉(zhuǎn)角度增大，導(dǎo)致畫面幅度與正常的相比偏大，故B錯(cuò)誤；當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈局部短路，線圈匝數(shù)減少時(shí)，導(dǎo)致偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)減弱，從而使電子運(yùn)動(dòng)半徑增大，電子束的偏轉(zhuǎn)角減小，則畫面幅度與正常的相比偏小，故C正確；當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈中電流過大，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，導(dǎo)致電子運(yùn)動(dòng)半徑變小，所以畫面幅度與正常的相比偏大，故D錯(cuò)誤． 【答案】　C 10．創(chuàng)新科技——組合型加速器的工作原理 圖甲中質(zhì)子經(jīng)過直線加速器加速后進(jìn)入半徑一定的環(huán)形加速器，在環(huán)形加速器中，質(zhì)子每次經(jīng)過位置A時(shí)都會(huì)被加速，當(dāng)質(zhì)子的速度達(dá)到要求后，再將它們分成兩束引導(dǎo)到圖乙的對(duì)撞軌道中，在對(duì)撞軌道中兩束質(zhì)子沿相反方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)撞．質(zhì)子在磁場(chǎng)的作用下做圓周運(yùn)動(dòng)．下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．質(zhì)子在環(huán)形加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道所處位置的磁場(chǎng)會(huì)逐漸減弱 B．質(zhì)子在環(huán)形加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道所處位置的磁場(chǎng)始終保持不變 C．質(zhì)子在對(duì)撞軌道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道所處位置的磁場(chǎng)會(huì)逐漸減弱 D．質(zhì)子在對(duì)撞軌道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道所處位置的磁場(chǎng)始終保持不變 【解析】　質(zhì)子在環(huán)形加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)子每次經(jīng)過位置A時(shí)都會(huì)被加速，速度增大，環(huán)形軌道的半徑保持不變，由qvB＝m，即r＝知，B逐漸增大，故A、B錯(cuò)誤；質(zhì)子在對(duì)撞軌道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，環(huán)形軌道的半徑保持不變，洛倫茲力不做功，速率不變，由r＝知，磁場(chǎng)始終保持不變，故C錯(cuò)誤，D正確． 【答案】　D [綜合提升練] 11．某空間存在著一個(gè)變化的電場(chǎng)和一個(gè)變化的磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向向右(如下圖甲中由B到C的方向)，電場(chǎng)變化如圖乙中Et圖象，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化如圖丙中Bt圖象．在A點(diǎn)，從t＝1 s(即1 s末)開始，每隔2 s，有一個(gè)相同的帶電粒子(重力不計(jì))沿AB方向(垂直于BC)以速度v射出，恰能擊中C點(diǎn)，若＝2且粒子在AB間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間小于1 s，求： (1)圖線上E0和B0的比值，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向； (2)若第1個(gè)粒子擊中C點(diǎn)的時(shí)刻已知為(1＋Δt)s，那么第2個(gè)粒子擊中C點(diǎn)的時(shí)刻是多少？ 【解析】　設(shè)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R.在第2秒內(nèi)只有磁場(chǎng)．軌道如圖所示． (1)因?yàn)椋?＝2d，所以R＝2d. 第2秒內(nèi)，僅有磁場(chǎng)： qvB0＝m＝m. 第4秒內(nèi)，僅有電場(chǎng)：d＝2. 所以＝v.粒子帶正電，故磁場(chǎng)方向垂直紙面向外． (2)Δt＝＝＝＝，Δt′＝＝Δt.故第2個(gè)粒子擊中C點(diǎn)的時(shí)刻為 s. 【答案】　(1)＝v，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外 (2)第2個(gè)粒子擊中C點(diǎn)的時(shí)刻為s 12.(2018長(zhǎng)郡中學(xué)高三實(shí)驗(yàn)班選拔考試)如圖所示，在xOy坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)有以O(shè)1為圓心，半徑為R的半圓且R＝OO1，半圓區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B.在它的右側(cè)有一寬度為R、左邊界與磁場(chǎng)區(qū)域圓相切于A點(diǎn)、右邊界與y軸平行的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)方向沿y軸負(fù)方向，場(chǎng)強(qiáng)大小為E.在電場(chǎng)右側(cè)距離為R處有一垂直x軸、足夠長(zhǎng)的熒光屏，電子打中熒光屏?xí)l(fā)光．現(xiàn)在在坐標(biāo)原點(diǎn)O處向xOy平面內(nèi)各個(gè)方向以相同的速率發(fā)射質(zhì)量為m，電荷量大小為e的電子．其中沿y軸正方向射入的電子剛好從切點(diǎn)A處飛出磁場(chǎng)進(jìn)入電場(chǎng)，求： (1)電子射入磁場(chǎng)的速率v0； (2)電子打到熒光屏上最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的坐標(biāo)． 【解析】　(1)電子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有 ev0B＝m 解得r＝ 畫出沿y軸正方向射入的電子的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖，如圖所示，設(shè)運(yùn)動(dòng)軌跡半徑為r，根據(jù)幾何關(guān)系有r＝R，求得v0＝. (2)當(dāng)電子以速率v0沿y軸正方向射入時(shí)，從A點(diǎn)平行于x軸射出，垂直進(jìn)入電場(chǎng)，經(jīng)過偏轉(zhuǎn)打在熒光屏上C點(diǎn)．當(dāng)電子以速率v0沿x軸正方向射入時(shí)，從B點(diǎn)沿x軸垂直進(jìn)入電場(chǎng)．經(jīng)過偏轉(zhuǎn)打在熒光屏上D點(diǎn)．電子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知 x方向：R＝v0t y方向：偏移量y1＝t2＝ 設(shè)速度與x軸正方向夾角為θ，則有tan θ＝＝ 出電場(chǎng)后電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在到達(dá)熒光屏過程中繼續(xù)偏移，偏移量y2＝Rtan θ＝ 總偏移量y總＝y(tǒng)1＋y2＝ 從電場(chǎng)出來(lái)的電子打到熒光屏上的最高點(diǎn)C坐標(biāo)，最低點(diǎn)D坐標(biāo). 【答案】　(1)　(2)