《2020版高考物理一轮总复习第十章第4课时带电粒子在组合场中的运动能力课时限时规范训练含解析新人教版.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版高考物理一轮总复习第十章第4课时带电粒子在组合场中的运动能力课时限时规范训练含解析新人教版.pdf（7页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、带电粒子在组合场中的运动带电粒子在组合场中的运动 基础巩固题组(20 分钟，50 分) 1(多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连 接的两个D形金属盒， 两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场， 使粒子在通过狭缝时都能 得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示， 要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是( ) A增大匀强电场间的加速电压 B增大磁场的磁感应强度 C减小狭缝间的距离 D增大D形金属盒的半径 解析：选 BD.回旋加速器利用电场加速和磁场偏转来加速粒子，粒子射出时的轨道半径 恰好等于D形盒的半径， 根据qvB可得，v， 因此离
2、开回旋加速器时的动能Ekmv2 mv2 R qBR m 1 2 可知，与加速电压无关，与狭缝距离无关，A、C 错误；磁感应强度越大，D形盒的 q2B2R2 2m 半径越大，动能越大，B、D 正确 2质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具图中 的铅盒A中的放射源放出大量的带正电粒子(可认为初速度为零)，从狭缝S1 进入电压为U的加速电场区加速后，再通过狭缝S2从小孔G垂直于MN射入 偏转磁场，该偏转磁场是以直线MN为切线、磁感应强度为B， 方向垂直于 纸面向外半径为R的圆形匀强磁场现在MN上的F点(图中未画出)接收到该粒子，且GF R.则该粒子的比荷为(粒子的重力忽略不计)( )3
3、A. B 3U R2B2 4U R2B2 C. D 6U R2B2 2U R2B2 解析 ： 选 C.设粒子被加速后获得的速度为v， 由动能定理有 ：qUmv2， 1 2 粒子在磁场中 做匀速圆周运动的轨道半径r，又Bqvm，可求 3R 3 v2 r q m ，故 C 正确 6U R2B2 3如图所示的坐标系xOy中，x0 的区域内有沿x轴正方向的 匀强电场，x0 的区域内有垂直于xOy坐标平面向外的匀强磁场，x轴上A 点的坐标为(L,0)，y轴上D点的坐标为.有一个带正电的粒子从A点以初速度vA (0， 2 3 3 L) 沿y轴正方向射入匀强电场区域，经过D点进入匀强磁场区域，然后经x轴上的
4、C点(图中未 画出)运动到坐标原点O.不计重力求： (1)粒子在D点的速度vD是多大？ (2)C点与O点的距离xC是多大？ (3)匀强电场的电场强度与匀强磁场的磁感应强度的比值是多大？ 解析：(1)设粒子从A点运动到D点所用时间为t，在D点时，沿x轴正方向的速度大 小为vx， 则LvAt，vxtL， 2 3 3 1 2 而vD，解得vD2vA.v2 Av2x (2)设粒子在D点的速度vD与y轴正方向的夹角为， 则 tan ，解得60 vx vA 粒子在x0 的区域内做匀速圆周运动，运动轨迹如图所示 由几何关系有O1DOO1OD30， 则OO1C为等边三角形，DC为直径， 所以xCL yD ta
5、n 2 3 3 L 3 2 3 (或设轨道半径为R，由RL，得xC2Rcos 60L) yD 2 sin 60 2 3 2 3 (3)设匀强电场的电场强度为E，匀强磁场的磁感应强度为B，粒子质量为m，带电荷量 为q， 则qELmvmv， 1 2 2D 1 2 2A 而qvDBm， v2 D R 解得 . E B vA 2 答案：(1)2vA (2)L (3) 2 3 vA 2 4回旋加速器的工作原理如图甲所示，置于真空中的D形金属盒半径为R.两盒间狭缝 的间距为d， 磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直 被加速粒子的质量为m、 电荷量为q， 加在狭缝间的交变电压如图乙所示， 电压值的大小为U0，
6、 周期T.一束该种粒子在t 2m qB 0 时间内从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假 T 2 设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用求： (1)出射粒子的动能Em； (2)粒子从飘入狭缝至动能达到Em所需的总时间t0. 解析：(1)粒子运动半径为R时 qvBmv 2 R 且Emmv2 1 2 解得Em. q2B2R2 2m (2)粒子被加速n次达到动能Em，则EmnqU0 粒子在狭缝间做匀加速运动，设n次经过狭缝的总时间为 t 加速度aqU 0 md 匀加速直线运动ndat2 1 2 由t0(n1) t，解得t0. T 2 BR22B
7、Rd 2U0 m qB 答案：(1) (2) q2B2R2 2m BR22BRd 2U0 m qB 能力提升题组(25 分钟，50 分) 1(多选)如图是一个回旋加速器示意图，其核心部分是 两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电 源相连现分别加速氘核( H)和氦核( He)，下列说法中正确的是 ( ) 2 14 2 A它们的最大速度相同 B它们的最大动能相同 C两次所接高频电源的频率相同 D仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能 解析 ： 选 AC.由R得最大速度v，两粒子的 相同，所以最大速度相同，A 正确 ； mv qB qBR m q m 最大动能Ekmv2，因为两粒子
8、的质量不同，最大速度相同，所以最大动能不同，B 错误； 1 2 高频电源的频率f，因为 相同，所以两次所接高频电源的频率相同，C 正确 ； 粒子的 qB 2m q m 最大动能与高频电源的频率无关，D 错误 2 (多选)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 中转过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 11 B在磁场中运动的半径之比为13 C在磁场中转过的角度之比为 12 D离开电场区域时
9、的动能之比为 13 解析：选 BCD.两离子质量相等，所带电荷量之比为 13，在电场中运动时，由牛顿第 二定律得qma，则加速度之比为 13，A 错误；在电场中仅受电场力作用，由动能定理 U d 得qUEkmv2，在磁场中仅受洛伦兹力作用，洛伦兹力永不做功，动能之比为 13，D 正 1 2 确；由磁场中洛伦兹力提供向心力知qvBm，得r ，半径之比为1，B 正 v2 r mv qB 1 B 2mU q 3 确；设磁场区域的宽度为d，则有 sin ，即，故602， d R 1 R sin 30 sin 1 3 可知 C 正确 3(2019成都外国语学校模拟)如图所示，在xOy坐标系的 0yd的区
10、域内分布着沿y轴正方向的匀强电场， 在dy2d的区 域内分布着垂直于xOy平面向里的匀强磁场，MN为电场和磁场的交界 面，ab为磁场的上边界 现从原点O处沿x轴正方向发射出速率为v0、 比荷(电荷量与质量之比)为k的带正电粒子，粒子运动轨迹恰与ab相切并返回磁场已知 电场强度E，不计粒子重力和粒子间的相互作用试求： 3v2 0 2kd (1)粒子第一次穿过MN时的速度大小和水平位移的大小； (2)磁场的磁感应强度B的大小 解析：(1)根据动能定理，得qEdmv2mv， 1 2 1 2 2 0 解得v2v0 粒子在电场中做类平抛运动，有FqE，a ， F m dat，xv0t1 1 2 2 1
11、解得t1，x. 2 3 d 3v0 2 3 d 3 (2)粒子运动的轨迹如图所示，设粒子以与x轴正方向成角进入磁场 tan ，解得60 v2v2 0 v0 3 根据RRcos d，得R2d 3 由牛顿第二定律可得qvBm，解得B. v2 R 3v0 kd 答案：(1)2v0 (2) 2 3 d 3 3v0 kd 4 (2018高考全国卷)如图所示， 在y0 的区域存在方向沿y轴 负方向的匀强电场， 场强大小为E；在y0 的区域存在方向垂直于xOy 平面向外的匀强磁场一个氕核 H和一个氘核 H先后从y轴上yh点 1 12 1 以相同的动能射出，速度方向沿x轴正方向已知 H 进入磁场时， 速度 1
12、 1 方向与x轴正方向的夹角为60， 并从坐标原点O处第一次射出磁场. H 1 1 的质量为m，电荷量为q.不计重力求 (1) H 第一次进入磁场的位置到原点O的距离； 1 1 (2)磁场的磁感应强度大小； (3) H 第一次离开磁场的位置到原点O的距离 2 1 解析 ： (1) H 在电场中做类平抛运动，在磁场中做圆周运动，运动轨 1 1 迹如图所示设 H 在电场中的加速度大小为a1，初速度大小为v1，它在电场中的运动时间 1 1 为t1，第一次进入磁场的位置到原点O的距离为s1.由运动学公式有 s1v1t1 ha1t 1 2 2 1 由题给条件， H 进入磁场时速度的方向与x轴正方向夹角1
13、60. H 进入磁场时速 1 11 1 度的y分量的大小为 a1t1v1tan 1 联立以上各式得 s1h 2 3 3 (2) H 在电场中运动时，由牛顿第二定律有 1 1 qEma1 设 H 进入磁场时速度的大小为v1，由速度合成法则有 1 1 v1v2 1a1t12 设磁感应强度大小为B， H 在磁场中运动的圆轨道半径为R1， 由洛伦兹力公式和牛顿第 1 1 二定律有 qv1B mv12 R1 由几何关系得 s12R1sin 1 联立以上各式得 B 6mE qh (3)设 H 在电场中沿x轴正方向射出的速度大小为v2， 在电场中的加速度大小为a2， 由 2 1 题给条件得 (2m)vmv
14、1 2 2 2 1 2 2 1 由牛顿第二定律有 qE2ma2 设 H 第一次射入磁场时的速度大小为v2， 速度的方向与x轴正方向夹角为2， 入射 2 1 点到原点的距离为s2，在电场中运动的时间为t2.由运动学公式有 s2v2t2 ha2t 1 2 2 2 v2v2 2a2t22 sin 2 a2t2 v2 联立以上各式得 s2s1，21，v2v1 2 2 设 H 在磁场中做圆周运动的半径为R2，由式及粒子在匀强磁场中做圆周运动的半 2 1 径公式得 R2R1 2mv2 qB 2 所以出射点在原点左侧设 H 进入磁场的入射点到第一次离开磁场的出射点的距离为 2 1 s2，由几何关系有 s22R2sin 2 联立式得， H 第一次离开磁场时的位置到原点O的距离为 2 1 s2s2(1)h 2 3 3 2 答案：(1)h (2) (3)(1)h 2 3 3 6mE qH 2 3 3 2