2016高考物理总复习 8-4带电粒子在复合场中的运动训练试题 新人教版

2016高考历史总复习 8-4带电粒子在复合场中的运动训练试题 新人教版 1.(多选)场强为E的匀强电场与磁感应强度为B的匀强磁场正交，复合场的水平宽度为d，竖直方向足够长，如图所示．现有一束电荷量为＋q、质量为m的粒子以各不相同的初速度v0沿电场方向射入场区，则那些能飞出场区的粒子的动能增量ΔEk可能为(  ) A．dq(E＋B)            B. C．qEd     D．0 解析　带电粒子可从左侧或右侧飞出场区，由于洛伦兹力不做功，电场力做功与路径无关，所以从左侧飞出时ΔEk＝0，从右侧飞出时，ΔEk＝qEd，故选项C、D正确． 答案　CD 2．(多选)(2013·浙江重点中学摸底)如右图所示，在正三角形区域内存在着垂直于纸面的匀强磁场和平行于AB的水平方向的匀强电场，一不计重力的带电粒子刚好以某一初速度从三角形O点沿角平分线OC做匀速直线运动．若此区域只存在电场中，该粒子仍以此初速度从O点沿角平分线OC射入，则此粒子刚好从A点射出；若只存在磁场时，该粒子仍以此初速度从O点沿角平分线OC射入，则下列说法正确的是(  ) A．粒子将在磁场中做匀速圆周运动，运动轨道半径等于三角形的边长 B．粒子将在磁场中做匀速圆周运动，且从OB段射出磁场 C．粒子将在磁场中做匀速圆周运动，且从BC段射出磁场 D．根据已知条件可以求出该粒子分别在只有电场时和只有磁场时在该区域中运动的时间之比 解析　当匀强磁场和匀强电场并存时，粒子做匀速直线运动，则Eq＝qvB；只存在水平方向的电场时，该粒子做类平抛运动，设三角形的边长为L，则 ＝vt1， ＝ · t ，联立得E＝ ；只存在磁场时，该粒子做圆周运动的半径R＝ ＝ ＝ ，粒子将打到OB上，与O点距离 处，可求出圆弧对应的圆心角θ＝ ，运动时间t2＝ ＝ ，则可求出 ＝ ，选项B、D正确． 答案　BD 3．(多选)如图所示是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场．下列 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 述正确的是(  ) A．质谱仪是分析同位素的重要工具 B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小 解析　粒子在题图中的电场中加速，说明粒子带正电，其通过速度选择器时，电场力与洛伦兹力平衡，则洛伦兹力方向应水平向左，由左手定则知，磁场的方向应垂直纸面向外，选项B正确；由Eq＝Bqv可知，v＝E/B，选项C正确；粒子打在胶片上的位置到狭缝的距离即为其做匀速圆周运动的直径D＝ ，可见D越小，则粒子的比荷越大，D不同，则粒子的比荷不同，因此利用该装置可以分析同位素，A项正确，D项错误． 答案　ABC 4．(多选)(2013·浙江)在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子P＋和P3＋，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图所示．已知离子P＋在磁场中转动θ＝30°后从磁场右边界射出．在电场和磁场中运动时，离子P＋和P3＋(  ) A．在电场中的加速度之比为1 1 B．在磁场中运动的半径之比为 1 C．在磁场中转过的角度之比为1 2 D．离开电场区域时的动能之比为1 3 解析　离子在电场中加速过程中，由于电场强度相同，根据牛顿第二定律，可得a1 a2＝q1 q2＝1 3，选项A错误；在电场中加速过程，由动能定理，可得qU＝ mv2，在磁场中偏转过程，有qvB＝m ，两式联立，可得r＝ ，故r1 r2＝ 1，选项B正确；设磁场宽度为d，根据sinθ＝ ，可得 ＝ ，联立解得θ2＝60°，选项C正确；由qU＝ mv2＝Ek1，可知Ek1 Ek2＝1 3，选项D正确． 答案　BCD 5．(单选)(2013·重庆)如图所示，一段长方体形导电 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ，左右两端面的边长都为a和b，内有带电荷量为q的某种自由运动电荷．导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部磁感应强度大小为B.当通以从左到右的稳恒电流I时，测得导电材料上、下表面之间的电压为U，且上表面的电势比下表面的低．由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为(  ) A. ，负      　    B. ，正 C. ，负      D. ，正 解析　假设粒子带正电，根据左手定则，粒子受的洛伦兹力向上，上面聚集正电荷，则上板电势高，与题意不符，所以粒子带负电；达到稳定状态后，粒子受的电场力与洛伦兹力平衡，有q ＝qvB，且I＝n|q|Sv＝n|q|abv，两式联立得n＝ . 答案　C 6．(2012·浙江)如图所示，两块水平放置、相距为d的长金属板接在电压可调的电源上．两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场．将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面，从喷口连续不断喷出质量均为m、水平速度均为v0、带相等电荷量的墨滴．调节电源电压至U，墨滴在电场区域恰能沿水平向右做匀速直线运动；进入电场、磁场共存区域后，最终垂直打在下板的M点． (1)判断墨滴所带电荷的种类，并求其电荷量； (2)求磁感应强度B的值； (3)现保持喷口方向不变，使其竖直下移到两板中间的位置．为了使墨滴仍能到达下板M点，应将磁感应强度调至B′，则B′的大小为多少？ 解析　(1)墨滴在电场区域做匀速直线运动，有 q ＝mg① 由①式，得 q＝ ② 由于电场方向向下，电荷所受电场力向上，可知墨滴带负电荷． (2)墨滴垂直进入电、磁场共存区域，重力仍与电场力平衡，合力等于洛伦兹力，墨滴做匀速圆周运动，有 qv0B＝m ③ 考虑墨滴进入磁场和撞板的几何关系，可知墨滴在该区域恰完成四分之一圆周运动，则半径R＝d④ 由②③④式，得 B＝ ⑤ (3)根据题设，墨滴运动轨迹如图，设圆周运动半径为R′，有 qv0B′＝m ⑥ 由图示，可得 R′2＝d2＋(R′－ )2⑦ 得R′＝ d⑧ 联立②⑥⑧式，可得 B′＝ 答案　(1)负电荷　 　(2) 　(3) 7.1932年，劳伦斯和利文斯 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 出了回旋加速器．回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计．磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直．A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量为＋q，在加速器中被加速，加速电压为U.加速过程中不考虑相对论效应和重力作用． (1)求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比； (2)求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t； (3)实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制．若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为Bm、fm，试讨论粒子能获得的最大动能Ekm. 解析　(1)设粒子第1次经过狭缝后的半径为r1，速度为v1，则有 qU＝ mv ，qv1B＝m 解得r1＝ 同理，粒子第2次经过狭缝后的半径r2＝ 则r2 r1＝ 1 (2)设粒子到出口处被加速了n圈 2nqU＝ mv2，qvB＝m ，T＝ ，t＝nT 解得t＝ (3)加速电场的频率应等于粒子在磁场中做圆周运动的频率，即f＝ 当磁感应强度为Bm时，加速电场的频率应为fBm＝ ，粒子的动能Ek＝ mv2 当fBm≤fm时，粒子的最大动能由Bm决定． qvmBm＝m 解得Ekm＝ 当fBm≥fm时，粒子的最大动能由fm决定． vm＝2πfmR 解得Ekm＝2π2mf R2 答案　(1) 1　(2) 　(3)当fBm≤fm时，Ekm＝ ；当fBm≥fm时，Ekm＝2π2mf R2 8．(2010·北京)利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域． 如图1，将一金属或半导体薄片垂直置于磁场B中，在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时，另外两侧c、f间产生电势差，这一现象称霍尔效应．其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是c、f间建立起电场EH，同时产生霍尔电势差UH.当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，EH和UH达到稳定值，UH的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式UH＝RH ，其中比例系数RH称为霍尔系数，仅与材料性质有关． (1)设半导体薄片的宽度(c、f间距)为l，请写出UH和EH的关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图1中c、f哪端的电势高； (2)已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n，电子的电荷量为e，请导出霍尔系数RH的表达式．(通过横截面积S的电流I＝nevS，其中v是导电电子定向移动的平均速率)； (3)图2是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体，相邻永磁体的极性相反．霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近．当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图象如图3所示． a．若在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，请导出圆盘转速N的表达式． b．利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程．除此之外，请你展开“智慧的翅膀”，提出另一个实例或设想． 解析　(1)UH＝EHl；由左手定则判断，电子受洛伦兹力向f端偏转，故c端电势高． (2)由UH＝RH ① 得RH＝UH ＝EHl ② 当电场力与洛伦兹力相等时，有eEH＝evB 得EH＝vB③ 又I＝nevS④ 将③④代入②，得RH＝vBl ＝vl ＝ ＝ (3)a.由于在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，则P＝mNt 圆盘转速为N＝ b．提出的实例或设想合理即可． 答案　(1)UH＝EHl　c端电势高　(2)RH＝ 　(3)见解析 9．(2013·江苏)在科学研究中，可以通过施加适当的电场和磁场来实现对带电粒子运动的控制．如图1所示的xOy平面处于匀强电场和匀强磁场中，电场强度E和磁感应强度B随时间t作周期性变化的图象如图2所示．x轴正方向为E的正方向，垂直纸面向里为B的正方向．在坐标原点O有一粒子P，其质量和电荷量分别为m和＋q.不计重力．在t＝ 时刻释放P，它恰能沿一定轨道做往复运动． (1)求P在磁场中运动时速度的大小v0； (2)求B0应满足的关系； (3)在t0(0