高頻考點強(qiáng)化練(五)

1、溫馨提示:此套題為 Word版，請按住Ctrl,滑動鼠標(biāo)滾軸，調(diào)節(jié)合 適的觀看比例，答案解析附后。關(guān)閉Word文檔返回原板塊。高頻考點強(qiáng)化練（五）帶電粒子在復(fù)合場中的運動問題（45分鐘 100分）一、選擇題（本題共10小題，每小題6分，共60分，16題為單選 題，710題為多選題）1. 如圖所示，虛線區(qū)域空間內(nèi)存在由勻強(qiáng)電場 E和勻強(qiáng)磁場B組成的 正交或平行的電場和磁場，有一個帶正電小球 （電荷量為+q,質(zhì)量為 m）從正交或平行的電磁復(fù)合場上方的某一高度自由落下， 那么帶電小 球可能沿直線通過的是（ ） A. B.C.D.【解析】選B。圖中小球受重力、向左的電場力、向右的洛倫茲力， 下降過程中

2、速度一定變大，故洛倫茲力一定變化，不可能一直與電場 力平衡，故合力不可能一直向下，故一定做曲線運動；圖中小球受重力、向上的電場力、垂直向外的洛倫茲力，合力與速度一定不共線， 故一定做曲線運動；圖中小球受重力、向左上方的電場力、水平向 右的洛倫茲力，若三力平衡，則小球做勻速直線運動；圖中小球受 向下的重力和向上的電場力，合力一定與速度共線，故小球一定做直 線運動。故選項B正確。2. 如圖所示，一束質(zhì)量、速度和電荷量不全相等的離子，經(jīng)過由正交 的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場組成的速度選擇器后，進(jìn)入另一個勻強(qiáng)磁場中并分裂為A、B兩束，下列說法正確的是（）A. 組成A束和B束的離子都帶負(fù)電B. 組成A束和B束的

3、離子質(zhì)量一定不同C. A束離子的比荷大于B束離子的比荷D. 速度選擇器中的磁場方向垂直于紙面向外【解析】選G由左手定則知，A B離子均帶正電，A錯誤；兩束離mv子經(jīng)過同一速度選擇器后的速度相同，在偏轉(zhuǎn)磁場中，由 R=_可知， 半徑大的離子對應(yīng)的比荷小，但離子的質(zhì)量不一定相同，故選項B錯 誤，C正確；速度選擇器中的磁場方向應(yīng)垂直紙面向里， D錯誤。3. 回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流 電源兩極相連接的兩個 D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成周期性變化 的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速， 兩D形金屬盒處于垂直 于盒底的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示。設(shè) D形盒半徑為R。若用回旋

4、加速 器加速質(zhì)子時，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B,高頻交流電頻率為f。 則下列說法正確的是 （ ）A. 質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2 n fRB. 質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場的電壓大小有關(guān)C. 高頻電源只能使用矩形交變電流，不能使用正弦式交變電流D. 不改變B和f ,該回旋加速器也能用于加速a粒子【解析】選A。由T= , Ta,可得質(zhì)子被加速后的最大速度為 2 n fR ,t?f其不可能超過2n fR，質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場的電壓大小無關(guān)，選項A正確，B錯誤；高頻電源可以使用正弦式交變電流， 選項C錯誤；要加速a粒子，高頻交流電周期必須變?yōu)?a粒子在其 中做圓周運動的周期，

5、即T=，故選項D錯誤。0ET出【加固訓(xùn)練】（多選）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，帶電粒子在狹縫間加速 的時間忽略不計，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B方向與盒面垂直， 粒子源產(chǎn)生的粒子質(zhì)量為 m電荷量為+q, U為加速電壓，則A. 交變電壓的周期等于粒子在磁場中回轉(zhuǎn)周期的一半B. 加速電壓U越大，粒子獲得的最大動能越大C. D形盒半徑R越大，粒子獲得的最大動能越大D. 磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大，粒子獲得的最大動能越大【解析】選C D。為了保證粒子每次經(jīng)過電場時都被加速，必須滿 足交變電壓的周期和粒子在磁場中的回轉(zhuǎn)周期相等，故A錯誤；根據(jù)洛倫茲力提供

6、向心力 qvB趕一，解得：v，動能 Ek=mVf，可知，帶電粒子的速度與加速電壓無關(guān)，D形盒半徑R越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大，粒子的速度越大，即動能越大，B錯誤，C D正確。4. 如圖所示的平行板之間，電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直，具 有不同水平速度的帶電粒子（不計重力）射入后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同。 這種器件能把具有特定速度的粒子選擇出來， 所以叫速度選擇器。下 列關(guān)于速度選擇器的說法正確的是（）A. 這個特定速度與粒子的質(zhì)量有關(guān)B. 這個特定速度與粒子的比荷有關(guān)C. 從右向左以特定速度射入的粒子有可能沿直線穿出速度選擇器D. 從左向右以特定速度射入的粒子才能沿直線穿出速度選擇器【解析】選D。當(dāng)

7、帶電粒子能從左向右勻速直線穿過時，電場力和洛倫茲力反向，且Eq=qvB解得v二，該速度與粒子的質(zhì)量和帶電荷量無關(guān)，A B錯誤；當(dāng)粒子從右向左運動時，電場力和洛倫茲力的方向相同，粒子不可能沿直線穿過，C錯誤，D正確。5. 如圖所示，某空間同時存在正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場， 磁場方向 垂直紙面向里，電場線與水平方向的夾角為 b。一質(zhì)量為m電荷量 大小為q的微粒以速度v沿電場線方向進(jìn)入該空間，恰好沿直線從 P 點運動到Q點。下列說法中正確的是（）A. 該微?？赡軒ж?fù)電B. 微粒從P到Q的運動可能是勻變速運動C.磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為rncosGD. 電場的場強(qiáng)大小為【解析】選C。帶電微粒從P到Q恰好

8、沿直線運動，則微粒一定做勻速直線運動，作出微粒在電磁場中受力分析圖如圖所示，由圖可知微粒一定帶正電，故A、B錯誤；由受力分析及平衡條件可知 qE二mgsin卄,口卄® 1誡Tl GQS& 丄J 十”D錯誤0 , qBv=mgcos B,解得 E=, B ，故 C 正確,LfLf C.6. 如圖所示，在正交的勻強(qiáng)電磁場中有質(zhì)量、電荷量都相同的兩油滴， A靜止，B做半徑為R的勻速圓周運動。若B與A相碰并結(jié)合在一起, 則它們將（ ）A. 以B原速率的一半做勻速直線運動B. 以丄為半徑做勻速圓周運動C. 仍以R為半徑做勻速圓周運動D. 做周期為B的一半的勻速圓周運動【解析】選B。由A

9、 B相碰時動量守恒mv=2mV，有v'=。據(jù)題意碰后A、B合成的大油滴仍受重力與電場力平衡，合外力是洛倫茲力， h所以繼續(xù)做勻速圓周運動，且有r=-，選項B正確。7. 如圖所示，在第二象限內(nèi)有水平向右的勻強(qiáng)電場，在第一、第四象 限內(nèi)分別存在如圖所示的勻強(qiáng)磁場， 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等。在該平面 有一個質(zhì)量為m帶正電且電荷量為q的粒子以初速度vo垂直x軸，從 x軸上的P點進(jìn)入勻強(qiáng)電場，恰好與y軸成45°角射出電場，再經(jīng)過 一段時間恰好垂直于x軸進(jìn)入下面的磁場，已知 0P之間的距離為d, 則（）y' - *尸口X XKXXXXXXKXXXXXXXXXXXXKKXXKXA. 磁

10、感應(yīng)強(qiáng)度B=qclB. 電場強(qiáng)度E=C.自進(jìn)入磁場至在磁場中第二次經(jīng)過x軸所用時間為t=-LnD.自進(jìn)入磁場至在磁場中第二次經(jīng)過Tisrffx軸所用時間為t=2U0【解析】選B D。粒子的軌跡如圖所示:M X X M X K 翼、興K X X M M帶電粒子在電場中做類平拋運動， 水平方向做勻加速運動，豎直方向 做勻速運動，由題得知，出電場時，Vx=Vy=Vo,根據(jù):xt ,y=Vyt二Vot，得y=2x=2d,出電場時與y軸交點坐標(biāo)為(0，2d)，則設(shè)粒子在磁場中運動的半徑為R,則有Rsin(180 ° - (3 )=y=2d，而B =135°,解得:R=2 -d,粒子在

11、磁場中運動的速度為：v=：?；vo,根據(jù)R=，解得：ntu0gEVvkt麻B=_ ,故A錯誤；根據(jù)Vx二at二一t二Vo, xt，聯(lián)立解得：E=, 故B正確；在第一象限運動時間為：ti二Tl，在第四象限運動時間為：t2T，所以自進(jìn)入磁場至在磁場中第二次經(jīng)過 x軸所用2時間為：t=t i+t2=，故D正確，C錯誤。所以B D正確，A C錯2UO誤。8. （2020 石家莊模擬）如圖所示是某霍爾元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖， 其載流 子為電子，a接直流電源的正極，b接直流電源的負(fù)極，cd間輸出霍 爾電壓，下列說法正確的是（ ）A. 若工作面水平，置于豎直向下的磁場中，c端的電勢高于d端B. cd間霍爾電壓與a

12、b間電流大小有關(guān)C. 將該元件移至另一位置，若霍爾電壓相同，則兩處的磁場強(qiáng)弱相同D. 在測定地球赤道上的磁場強(qiáng)弱時，霍爾元件的工作面應(yīng)保持豎直【解析】選A B D。若工作面水平，置于豎直向下的磁場中，由于 電流從a流向b,電子從b流向a,由左手定則可知，電子偏向d極, 則c端的電勢高于d端，選項A正確；cd間霍爾電壓滿q=Bqv,而 匸neSv，可知U=Bdv二一，即cd間霍爾電壓與ab間電流大小有關(guān), 選項B正確；由以上分析可知，將該元件移至另一位置，若霍爾電壓 相同，則兩處的磁場強(qiáng)弱不一定相同，選項 C錯誤；地球赤道處的磁 場與地面平行，則在測定地球赤道上的磁場強(qiáng)弱時， 霍爾元件的工作 面

13、應(yīng)保持豎直，選項 D正確；故選A B、Do【加固訓(xùn)練】（多選）1957年，科學(xué)家首先提出了兩類超導(dǎo)體的概 念，一類稱為I型超導(dǎo)體，主要是金屬超導(dǎo)體，另一類稱為H型超導(dǎo) 體（載流子為電子），主要是合金和陶瓷超導(dǎo)體。I型超導(dǎo)體對磁場有 屏蔽作用，即磁場無法進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部，而H型超導(dǎo)體則不同，它允 許磁場通過?，F(xiàn)將一塊長方體H型超導(dǎo)體通入穩(wěn)恒電流 I后放入勻強(qiáng) 磁場中，如圖所示，下列說法正確的是（）K5XX* 1X 8XXA. 超導(dǎo)體的內(nèi)部產(chǎn)生了熱能B. 超導(dǎo)體所受安培力等于其內(nèi)部所有電荷定向移動所受洛倫茲力的 合力C. 超導(dǎo)體表面上a、b兩點的電勢關(guān)系為© a>© bD.

14、 超導(dǎo)體中的電流I越大，a、b兩點的電勢差越大【解析】選B、D。超導(dǎo)體電阻為零，超導(dǎo)體內(nèi)部沒有產(chǎn)生熱能，A錯誤；超導(dǎo)體所受安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，安培力等于其內(nèi)部所有電荷定向移動所受洛倫茲力的合力，B正確；載流子為電子，超導(dǎo) 體上表面帶負(fù)電，© a<© b, C錯誤；根據(jù)電流的微觀表達(dá)式 匸neSv, 可得電子定向移動速度vl，穩(wěn)定時，洛倫茲力和電場力平衡，即eUBdlevB，整理得，所以電流I越大，電勢差越大，D正確。9. 如圖所示，相距為d的兩金屬板A、B水平放置，A板接地，A板上 方高h(yuǎn)處有一負(fù)電生成器，帶負(fù)電的小液滴不斷地從它的下端口滴 下，每一滴的質(zhì)量為

15、 m電荷量為-q，小液滴通過A板上的小孔進(jìn)入兩板間后，在兩極板間磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場作用下向右偏轉(zhuǎn)。開始 液滴還能落到B板上，當(dāng)B板上的液滴積累到一定數(shù)量時， 板間電壓 為U,再滴下的液滴恰好以速度v從下極板右端水平飛出板間，下列 等式成立的是()亠 2A. mg(h+d)二一 mvH 2B. mg(h+d)=qU+mvJuuC. mg=qvB+quD. mgvqvB+q幾 2【解析】選B D。根據(jù)動能定理得：mg(h+d)-qU二mv-0，所以A錯誤，B正確；液滴恰好以速度v從下極板右端水平飛出板間，根據(jù)受u力分析得mgvqvB+q，故C錯誤，D正確。10. (2019 合肥模擬)如圖所示，

16、豎直直線MN右側(cè)存在豎直向上的勻 強(qiáng)電場和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，現(xiàn)有一質(zhì)量m=0.01 kg、電荷量q=+0.01 C的小球從MN左側(cè)水平距離為1=0.4 m的A點水平拋出，當(dāng) 下落距離是水平距離的一半時從 MN上的D點進(jìn)入電磁場，并恰好能 做勻速圓周運動，圖中C點是圓周的最低點且C到MN勺水平距離為 2l，不計空氣阻力，g取10 m/s ,則()討； KXXX11 XIL XJ1 XJ! *IXtX:X1iXXXA. 小球的初速度為20 m/sB. 勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度為 10 V/mC. 勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B=2 TD. 小球從D到C運動的時間為0.1 ns2【解析】選B> D

17、小球從A到D做平拋運動，I二vot，-=gt，所以t=0.2 s，vo=2 m/s，選項A錯誤；小球進(jìn)入電磁場中恰好做勻速圓周運動，則qE=mg即E=10 V/m,選項B正確；小球進(jìn)入電磁場時有 Vy=gt=vo，即小球進(jìn)入電磁場時的速度為 v=2.匚m/s，且與MN成45°角，由幾214 j何關(guān)系可得小球做勻速圓周運動的半徑為r二二匚=丄m，又因Bqv二葉，聯(lián)立并代入數(shù)值得B=2.5 T，選項C錯誤；小球從D到達(dá)C 經(jīng)歷了丄圓周，所以從D到C運動的時間為t= =0.1 n s，選項D正 確?！究偨Y(jié)提升】帶電粒子在復(fù)合場中運動的解題思路(1) 分析復(fù)合場的組成：弄清電場、磁場、重力場

18、組合情況。(2) 受力分析：先場力，再彈力，后摩擦力。(3) 運動情況分析：注意運動情況和受力情況的結(jié)合（4）規(guī)律選擇： 勻速直線運動：應(yīng)用平衡條件求解。 勻速圓周運動：應(yīng)用牛頓運動定律和圓周運動規(guī)律求解。 復(fù)雜曲線運動：應(yīng)用動能定理或能量守恒定律求解。二、計算題（本題共40分，需寫出規(guī)范的解題步驟）11. （20分）如圖所示，在xOy坐標(biāo)系的0wy< d的區(qū)域內(nèi)分布著沿y 軸正方向的勻強(qiáng)電場，在 d<y<2d的區(qū)域內(nèi)分布著垂直于xOy平面 向里的勻強(qiáng)磁場，MN為電場和磁場的交界面，ab為磁場的上邊界。現(xiàn)從原點O處沿x軸正方向發(fā)射出速率為V。、比荷（電荷量與質(zhì)量之 比）為k的

19、帶正電粒子，粒子運動軌跡恰與ab相切并返回磁場。已知電場強(qiáng)度E二，不計粒子重力和粒子間的相互作用。試求：（1）粒子第一次穿過MN時的速度大小和水平位移的大小;（2）磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小?！窘馕觥浚?）根據(jù)動能定理，得兒 2-qEd= mv_m ;，解得 v=2vo粒子在電場中做類平拋運動，有F 12F=qE a二,d= a :, x=vot 1&“口血聞1解得 t1=, x二：(2)粒子運動的軌跡如圖所示，設(shè)粒子以與x軸正方向成B角進(jìn)入磁場，ltan 0 = =怨，解得 B =60°根據(jù) R+Rcos 0 =d,得 R=由牛頓第定律可得qvB=m ，解得B<:?！板伯T廳d 卻4答案：皿：【加固訓(xùn)練】如圖所示，一帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)電場，經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)后從磁場的左邊界上M點進(jìn)入垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場中， 最后從磁場的左邊界上 的N點離開磁場。已知帶電粒子的比荷 一=3.2 X 10 C/kg，電場強(qiáng)度E=200 V/m,