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2018届高考物理第一轮总复习全程训练课练28带电粒子在复合场中的运动
课练28 带电粒子在复合场中的运动 1.(多选) 有一种新型发电机叫磁流体发电机,如图所示表示它的发电原理.将一束等离子体(高温下电离的气体,含有大量带正电和负电的粒子,而从整体来说呈中性)沿图中所示方向喷射入磁场,磁场中有两块金属板A、B,这时金属板上就聚集了电荷,在磁极配置如图中所示的情况下,下述说法正确的是( ) A.A板带正电 B.有电流从B经用电器流向A C.金属板A、B间的电场方向向下 D.等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受电场力 2.(多选) 图中为一“滤速器”装置示意图.a、b为水平放置的平行金属板,一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间.为了选取具有某种特定速率的电子,可在a、b间加上电压,并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场,使所选电子仍能够沿水平直线OO′运动,由O′射出.不计重力作用.可能达到上述目的的办法是( ) A.使a板电势高于b板,磁场方向垂直纸面向里 B.使a板电势低于b板,磁场方向垂直纸面向里 C.使a板电势高于b板,磁场方向垂直纸面向外 D.使a板电势低于b板,磁场方向垂直纸面向外 3.(多选) 如图所示,在平行带电金属板间有垂直纸面向里的匀强磁场,质子、氘核、氚核沿平行金属板方向以相同动能射入两板间,其中氘核沿直线运动未发生偏转,质子和氚核发生偏转后射出,则( ) A.偏向正极板的是质子 B.偏向正极板的是氚核 C.射出时动能最小的是质子 D.射出时动能最大的是氚核 4. 如图为质谱仪的结构原理图,磁场方向如图,某带电粒子穿过S′孔打在MN板上的P点.则( ) A.该粒子一定带负电 B.a极板电势一定比b极板高 C.到达P点粒子的速度大小与a、b间电、磁场强弱无关 D.带电粒子的比值越大,PS′间距离越大 5.(多选) 回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用,有力地推动了现代科学技术的发展.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,设粒子初速度为零,加速电压为U,加速过程中不考虑重力作用和相对论效应.下列说法正确的是( ) A.粒子在回旋加速器中运动时,随轨道半径r的增大,盒中相邻轨道的半径之差减小 B.粒子从静止开始加速到出口处所需的时间约为 C.粒子能获得的最大动能Ek跟磁感应强度B无关 D.加速电压越大,粒子能获得的最大动能Ek越大 6.(多选)如图甲所示,一个带正电荷的物块m,由静止开始从斜面上A点下滑,滑到水平面BC上的D点停下来.已知物块与斜面及水平面间的动摩擦因数相同,且不计物块经过B处时的机械能损失.先在ABC所在空间加竖直向下的匀强电场,第二次让物块m从A点由静止开始下滑,结果物块在水平面上的D′点停下来,如图乙.后又撤去电场,在ABC所在空间加水平向里的匀强磁场,再次让物块m从A点由静止开始下滑,结果物块沿斜面滑下并在水平面上的D″点停下来,如图丙.则以下说法中正确的是( ) A.D′点一定在D点左侧 B.D′点一定与D点重合 C.D″点一定在D点右侧 D.D″点一定与D点重合 7. (多选)如图甲所示为一个质量为m、带电荷量为+q的圆环,可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动,细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中.现给圆环向右的初速度v0,在以后的运动过程中,圆环运动的v-t图象可能是图乙中的( ) 8.(多选)如图所示,两虚线之间的空间内存在着正交或平行的匀强电场E和匀强磁场B,有一个带正电的小球(电荷量为+q、质量为m)从电、磁复合场上方的某一高度处自由落下,那么,带电小球可能沿直线通过电、磁复合场的是( ) 9. 如图甲,一带电物块无初速度地放在皮带轮底端,皮带轮以恒定大小的速率沿顺时针转动,该装置处于垂直于纸面向里的匀强磁场中,物块由底端E运动至皮带轮顶端F的过程中,其v-t图象如图乙所示,物块全程运动的时间为4.5 s,关于带电物块及运动过程的说法正确的是( ) A.该物块带负电 B.皮带轮的传动速度大小一定为1 m/s C.若已知皮带的长度,可求出该过程中物块与皮带发生的相对位移 D.在2~4.5 s内,物块与皮带仍可能有相对运动 10. (多选)如图所示,在第二象限中有水平向右的匀强电场,在第一象限内存在垂直纸面向外的匀强磁场.有一重力不计的带电粒子(电荷量为q,质量为m)以垂直于x轴的速度v0从x轴上的P点进入匀强电场,恰好与y轴正方向成45°角射出电场,再经过一段时间又恰好垂直于x轴进入第四象限.已知OP之间的距离为d,则( ) A.带电粒子通过y轴时的坐标为(0,d) B.电场强度的大小为 C.带电粒子在电场和磁场中运动的总时间为 D.磁感应强度的大小为 11. 如图所示,一个质量为m、电荷量为q的正离子,在D处沿图示方向以一定的速度射入磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里.结果离子正好从距A点为d的小孔C沿垂直于电场方向进入匀强电场,此电场方向与AC平行且向上,最后离子打在G处,而G处距A点2d(AG⊥AC).不计离子重力,离子运动轨迹在纸面内.求: (1)此离子在磁场中做圆周运动的半径r; (2)离子从D处运动到G处所需的时间; (3)离子到达G处时的动能. 12. 如图所示,圆心为原点、半径为R的圆将xOy平面分为两个区域,即圆内区域Ⅰ和圆外区域Ⅱ.区域Ⅰ内有方向垂直于xOy平面的匀强磁场B1.平行于x轴的荧光屏垂直于xOy平面,放置在坐标y=-2.2R的位置.一束质量为m、电荷量为q、动能为E0的带正电粒子从坐标为(-R,0)的A点沿x轴正方向射入区域Ⅰ,当区域Ⅱ内无磁场时,粒子全部打在荧光屏上坐标为(0,-2.2R)的M点,且此时若将荧光屏沿y轴负方向平移,粒子打在荧光屏上的位置不变.若在区域Ⅱ内加上方向垂直于xOy平面的匀强磁场B2,上述粒子仍从A点沿x轴正方向射入区域Ⅰ,则粒子全部打在荧光屏上坐标为(0.4R,-2.2R)的N点.求: (1)打在M点和N点的粒子运动速度v1、v2的大小; (2)在区域Ⅰ和Ⅱ中磁感应强度B1、B2的大小和方向; (3)若将区域Ⅱ中的磁场撤去,换成平行于x轴的匀强电场,仍从A点沿x轴正方向射入区域Ⅰ的粒子恰好也打在荧光屏上的N点,则电场的场强为多大? 1.(2016·北京理综) 如图所示,质量为m、电荷量为q的带电粒子,以初速度v沿垂直磁场方向射入磁感应强度为B的匀强磁场,在磁场中做匀速圆周运动.不计带电粒子所受重力. (1)求粒子做匀速圆周运动的半径R和周期T; (2)为使该粒子做匀速直线运动,还需要同时存在一个与磁场方向垂直的匀强电场,求电场强度E的大小. 2.(2016·天津理综) 如图所示,空间中存在着水平向右的匀强电场,电场强度大小E=5 N/C,同时存在着水平方向的匀强磁场,其方向与电场方向垂直,磁感应强度大小B=0.5 T.有一带正电的小球,质量m=1×10-6 kg,电荷量q=2×10-6 C,正以速度v在图示的竖直面内做匀速直线运动,当经过P点时撤掉磁场(不考虑磁场消失引起的电磁感应现象),取g=10 m/s2.求: (1)小球做匀速直线运动的速度v的大小和方向; (2)从撤掉磁场到小球再次穿过P点所在的这条电场线经历的时间t0. 3.(2016·江苏单科)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,周期T=.一束该种粒子在t=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; (3)要使飘入狭缝的粒子中有超过99%能射出,d应满足的条件. 4.(多选)(2017·甘肃西北师范大学附中模拟)如图所示, 空间存在水平向左的匀强电场E和垂直纸面向外的匀强磁场B,在竖直平面内从a点沿ab、ac方向抛出两带电小球,不考虑两带电小球间的相互作用,两小球的电荷量始终不变,关于小球的运动,下列说法正确的是( ) A.沿ab、ac方向抛出的小球都可能做直线运动 B.若小球沿ab方向做直线运动,则小球带正电,且一定是匀速运动 C.若小球沿ac方向做直线运动,则小球带负电,可能做匀加速运动 D.两小球在运动过程中机械能均守恒 5. (多选)(2017·福建漳州二模)如图是磁流体发电机的装置,a、b组成一对平行电极,两板间距为d,板平面的面积为S,内有磁感应强度为B的匀强磁场.现持续将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和负电的微粒,而整体呈中性),垂直磁场喷入,每个离子的速度为v,负载电阻阻值为R,当发电机稳定发电时,负载中电流为I,则( ) A.a板电势比b板电势低 B.磁流体发电机的电动势E=Bdv C.负载电阻两端的电压大小为Bdv D.两板间等离子体的电阻率ρ= 6.(多选)(2017·四川模拟) 如图所示为一种获得高能粒子的装置原理图,环形管内存在垂直于纸面、磁感应强度大小可调的匀强磁场(环形管的宽度非常小),质量为m、电荷量为q的带正电粒子可在环中做半径为R的圆周运动.A、B为两块中心开有小孔且小孔距离很近的平行极板,原来电势均为零,每当带电粒子经过A板刚进入A、B之间时,A板电势升高到+U,B板电势仍保持为零,粒子在两板间的电场中得到加速,每当粒子离开B板时,A板电势又降为零,粒子在电场中一次一次地加速使得动能不断增大,而在环形区域内,通过调节磁感应强度大小可使粒子运行半径R不变,已知极板间距远小于R,则下列说法正确的是( ) A.环形区域内匀强磁场的磁场方向垂直于纸面向里 B.粒子从A板小孔处由静止开始在电场力作用下加速,绕行N圈后回到A板时获得的总动能为NqU C.粒子在绕行的整个过程中,A板电势变化的周期不变 D.粒子绕行第N圈时,环形区域内匀强磁场的磁感应强度为 7.(多选)(2017·兰州诊断) 如图所示,粗糙的足够长竖直绝缘杆上套有一带电小球,整个装置处在由水平向右匀强电场和垂直于纸面向外的匀强磁场组成的足够大的复合场中,小球由静止开始下滑,则下列说法正确的是( ) A.小球的加速度先增大后减小 B.小球的加速度一直减小 C.小球的速度先增大后减小 D.小球的速度一直增大,最后保持不变 8.(多选)(2017·昆明一中强化训练) 如图所示,在正交的匀强电场、匀强磁场中质量为m的带电小球做匀速圆周运动,轨道平面在竖直平面内,电场方向竖直向下,磁场方向垂直圆周所在平面向里,由此可知( ) A.小球带正电 B.小球带负电 C.小球沿顺时针方向运动 D.小球机械能守恒 9.(多选)(2017·长沙市长郡中学月考) 如图所示,等腰直角三角形ACD的直角边长为2a,P为AC边的中点,Q为CD边上的一点,DQ=a.在△ACD区域内,既有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,又有电场强度大小为E的匀强电场,一带正电的粒子自P点沿平行于AD的直线通过△ACD区域.不计粒子的重力,下列说法正确的有( ) A.粒子在复合场中做匀速直线运动,且速度大小为 B .若仅撤去电场,粒子仍以原速度自P点射入磁场,从Q点射出磁场,则粒子的比荷为= C.若仅撤去电场,粒子仍以原速度自P点射入磁场,从Q点射出磁场,则粒子的比荷为= D.若仅撤去磁场,粒子仍以原速度自P点射入电场,则粒子在△ACD区域中运动的时间为 10.(多选)(2017·莆田模拟) 如图所示,一正方体盒子处于竖直向上匀强磁场中,盒子边长为L,前后面为金属板,其余四面均为绝缘材料,在盒子左面正中间和底面上各有一小孔(孔大小相对底面大小可忽略),底面小孔位置可在底面中线MN间移动,现有一些带-q电荷量的液滴从左侧小孔以某速度进入盒内,由于磁场力作用,这些液滴会偏向金属板,从而在前后两面间产生电压,(液滴落在底部绝缘面或右侧绝缘面时仍将向前后金属板运动,带电液滴到达金属板后将电量传给金属板后被引流出盒子),当电压达稳定后,移动底部小孔位置,若液滴速度在某一范围内时,可使得液滴恰好能从底面小孔出去,现可根据底面小孔到M点的距离d计算出稳定电压的大小,若已知磁场的磁感应强度为B,则以下说法正确的是( ) A.稳定后前金属板电势较低 B.稳定后液滴将做匀变速曲线运动 C.稳定电压为U=Bd D.能计算出稳定电压为Bd 11.(2017·武汉武昌区调研) 如图所示,位于竖直平面内的坐标系xOy,在其第三象限空间有正交的匀强磁场和匀强电场,匀强磁场沿水平方向且垂直于纸面向外、磁感应强度大小为B,匀强电场沿x轴负方向、场强大小为E.在其第一象限空间有沿y轴负方向的、场强大小为E′=E的匀强电场.一个电荷量的绝对值为q的油滴从图中第三象限的P点得到一初速度,恰好能沿PO做直线运动(PO与x轴负方向的夹角为θ=37°),并从原点O进入第一象限.已知重力加速度为g,sin37°=0.6,cos37°=0.8,不计空气阻力. (1)求油滴的电性; (2)求油滴在P点得到的初速度大小; (3)在第一象限的某个长方形区域再加上一个垂直于纸面向里的、磁感应强度也为B的匀强磁场,且该长方形区域的下边界在x轴上,上述油滴进入第一象限后恰好垂直穿过x轴离开第一象限,求这个长方形区域的最小面积以及油滴在第一象限内运动的时间. 12.(2017·南昌一模) 容器A中装有大量的质量、电荷量不同但均带正电的粒子,粒子从容器下方的小孔S1不断飘入加速电场(初速度可视为零)做直线运动,通过小孔S2后从两平行板中央沿垂直电场方向射入偏转电场.粒子通过平行板后沿垂直磁场方向进入磁感应强度为B,方向垂直纸面向里的匀强磁场区域,最后打在感光片上,如图所示.已知加速电场中S1、S2间的加速电压为U,偏转电场极板长为L,两板间距也为L,板间匀强电场强度E=,方向水平向左(忽略板间外的电场),平行板f的下端与磁场边界ab相交为P,在边界ab上实线处固定放置感光片.测得从容器A中逸出的所有粒子均打在感光片上P、Q之间,且Q距P的长度为3L,不考虑粒子所受重力与粒子间的相互作用,求: (1)粒子射入磁场时,其速度方向与边界ab间的夹角; (2)射到感光片Q处的粒子的比荷(电荷量与质量之比); (3)粒子在磁场中运动的最短时间. 课练28 带电粒子在复合场中的运动 1.BD 根据左手定则知,正电荷向下偏转,负电荷向上偏转,则A板带负电,故A错误.因为B板带正电,A板带负电,所以电流从B经用电器流向A,故B正确.因为B板带正电,A板带负电,所以金属板间的电场方向向上,故C错误.等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受电场力,故D正确. 2.AD 要使电子沿OO′运动,则电子在竖直方向所受的电场力和洛伦兹力平衡,若a板电势高于b板,则电子所受电场力方向向上,其所受洛伦兹力方向必向下,由左手定则可知磁场方向垂直纸面向里,故选项A正确.同理可知选项D正确. 3.ACD 三种粒子射入时动能相同,由Ek=mv2得质量与速度的平方成反比.三种粒子射入复合场中,都受到向下的电场力和向上的洛伦兹力,其中氘核沿直线运动未发生偏转,则有Bqv=qE,v=,射出时动能不变.对于质子可得Bqv>qE,故向上偏转,运动过程中,洛伦兹力不做功,电场力做负功,射出时动能减少.同理,对于氚核有Bqv查看更多
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