高考物理二轮复习 第一部分 专题三 电场和磁场 第10讲 带电粒子在组合场、复合场中的运动练习(含解析)-人教版高三全册物理试题.doc
《高考物理二轮复习 第一部分 专题三 电场和磁场 第10讲 带电粒子在组合场、复合场中的运动练习(含解析)-人教版高三全册物理试题.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高考物理二轮复习 第一部分 专题三 电场和磁场 第10讲 带电粒子在组合场、复合场中的运动练习(含解析)-人教版高三全册物理试题.doc(46页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第10讲 带电粒子在组合场、复合场中的运动构建网络重温真题1(2019全国卷)如图,在坐标系的第一和第二象限内存在磁感应强度大小分别为B和B、方向均垂直于纸面向外的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q(q0)的粒子垂直于x轴射入第二象限,随后垂直于y轴进入第一象限,最后经过x轴离开第一象限。粒子在磁场中运动的时间为()A. B. C. D.答案B解析带电粒子在不同磁场中做圆周运动,其速度大小不变,由r知,第一象限内的轨迹圆半径是第二象限内的轨迹圆半径的2倍,如图所示,由几何知识可知,粒子在第二象限内轨迹所对圆心角为90,在第一象限内轨迹所对圆心角为60。粒子在第二象限内运动的时间t1,粒子在第一象
2、限内运动的时间t2,则粒子在磁场中运动的时间tt1t2,B正确。2(2017全国卷)如图,空间某区域存在匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向上(与纸面平行),磁场方向垂直于纸面向里。三个带正电的微粒a、b、c电荷量相等,质量分别为ma、mb、mc。已知在该区域内,a在纸面内做匀速圆周运动,b在纸面内向右做匀速直线运动,c在纸面内向左做匀速直线运动。下列选项正确的是()Amambmc BmbmamcCmcmamb Dmcmbma答案B解析设三个微粒的电荷量均为q,a在纸面内做匀速圆周运动,说明洛伦兹力提供向心力,重力与电场力平衡,即magqEb在纸面内向右做匀速直线运动,三力平衡,则mbgqEqv
3、bBc在纸面内向左做匀速直线运动,三力平衡,则mcgqvcBqE比较式得:mbmamc,B正确。3(2019天津高考)笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件,电脑正常工作;当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件,屏幕熄灭,电脑进入休眠状态。如图所示,一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件,元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子,通入方向向右的电流时,电子的定向移动速度为v。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中,于是元件的前、后表面间出现电压U,以此控制屏幕的熄灭。则元件的()A前表面的电势比后表面的低B前、后表面间的电压U与v无关C前、后
4、表面间的电压U与c成正比D自由电子受到的洛伦兹力大小为答案D解析由左手定则判断,后表面带负电,电势低,A错误;电子受力平衡后,U稳定不变,由eevB得UBav,故前、后表面间的电压U与v成正比,与c无关,故B、C错误;自由电子受到的洛伦兹力大小FevB,D正确。4(2018全国卷)如图,从离子源产生的甲、乙两种离子,由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动,自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁场左边界竖直。已知甲种离子射入磁场的速度大小为v1,并在磁场边界的N点射出;乙种离子在MN的中点射出;MN长为l。不计重力影响和离子间的相互作用。求:(1)磁场的磁感应强度大小
5、;(2)甲、乙两种离子的比荷之比。答案(1)(2)14解析(1)设甲种离子所带电荷量为q1、质量为m1,在磁场中做匀速圆周运动的半径为R1,磁场的磁感应强度大小为B,由动能定理有q1Um1v由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有q1v1Bm1由几何关系知2R1l由式得B(2)设乙种离子所带电荷量为q2、质量为m2,射入磁场的速度为v2,在磁场中做匀速圆周运动的半径为R2。同理有q2Um2vq2v2Bm2由题给条件有2R2由式得,甲、乙两种离子的比荷之比为14。5(2019全国卷)如图,在直角三角形OPN区域内存在匀强磁场,磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外。一带正电的粒子从静止开始经电压U加速后,
6、沿平行于x轴的方向射入磁场;一段时间后,该粒子在OP边上某点以垂直于x轴的方向射出。已知O点为坐标原点,N点在y轴上,OP与x轴的夹角为30,粒子进入磁场的入射点与离开磁场的出射点之间的距离为d,不计重力。求(1)带电粒子的比荷;(2)带电粒子从射入磁场到运动至x轴的时间。答案(1)(2)解析(1)设带电粒子的质量为m,电荷量为q,加速后的速度大小为v。由动能定理有qUmv2设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为r,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有qvBm粒子运动的轨迹如图,由几何关系知dr联立式得(2)由几何关系知,带电粒子从射入磁场到运动至x轴所经过的路程为srtan30带电粒子从射入磁场到运
7、动至x轴的时间为t联立式得t。6(2018全国卷)如图,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;(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。答案(1)h(2) (3)(1)h解析(1)H在电场中做类平抛运动,在磁场中做圆周运动,运动轨迹如图所示。设H在电
8、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s1v1t1ha1t由题给条件,H进入磁场时速度的方向与x轴正方向夹角160。H进入磁场时速度的y分量的大小为a1t1v1tan1联立以上各式得s1h(2)H在电场中运动时,由牛顿第二定律有qEma1设H进入磁场时速度的大小为v1,由速度合成法则有v1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二定律有qv1B由几何关系得s12R1sin1联立以上各式得B (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,
9、由题给条件得(2m)vmv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s2v2t2ha2tv2sin2联立以上各式得s2s1,21,v2v1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径公式得R2R1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s2,由几何关系有s22R2sin2联立式得,H第一次离开磁场时的位置到原点O的距离为s2s2(1)h。7(2018全国卷)一足够长的条状区域内存在匀强电场和匀强磁场,其在xOy
10、平面内的截面如图所示:中间是磁场区域,其边界与y轴垂直,宽度为l,磁感应强度的大小为B,方向垂直于xOy平面;磁场的上、下两侧为电场区域,宽度均为l,电场强度的大小均为E,方向均沿x轴正方向;M、N为条形区域边界上的两点,它们的连线与y轴平行。一带正电的粒子以某一速度从M点沿y轴正方向射入电场,经过一段时间后恰好以从M点入射的速度从N点沿y轴正方向射出。不计重力。(1)定性画出该粒子在电磁场中运动的轨迹;(2)求该粒子从M点射入时速度的大小;(3)若该粒子进入磁场时的速度方向恰好与x轴正方向的夹角为,求该粒子的比荷及其从M点运动到N点的时间。答案(1)轨迹见解析图a(2)(3)解析(1)粒子运
11、动的轨迹如图a所示。(粒子在电场中的轨迹为抛物线,在磁场中为圆弧,上下对称)(2)粒子从电场下边界入射后在电场中做类平抛运动。设粒子从M点射入时速度的大小为v0,在下侧电场中运动的时间为t,加速度的大小为a;粒子进入磁场的速度大小为v,方向与电场方向的夹角为(见图b),速度沿电场方向的分量为v1,根据牛顿第二定律有qEma式中q和m分别为粒子的电荷量和质量,由运动学公式有v1atlv0tv1vcos粒子在磁场中做匀速圆周运动,设其运动轨道半径为R,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得qvB由几何关系得l2Rcos联立式得v0(3)由运动学公式和题给数据得v1v0cot联立式得设粒子由M点运动到N点所
12、用的时间为t,则t2tT式中T是粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期,T由式得t。8(2018天津高考)如图所示,在水平线ab下方有一匀强电场,电场强度为E,方向竖直向下,ab的上方存在匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,磁场中有一内、外半径分别为R、R的半圆环形区域,外圆与ab的交点分别为M、N。一质量为m、电荷量为q的带负电粒子在电场中P点静止释放,由M进入磁场,从N射出,不计粒子重力。(1)求粒子从P到M所用的时间t;(2)若粒子从与P同一水平线上的Q点水平射出,同样能由M进入磁场,从N射出,粒子从M到N的过程中,始终在环形区域中运动,且所用的时间最少,求粒子在Q时速度v0的大小。答
13、案(1)(2)解析(1)设粒子在磁场中运动的速度大小为v,所受洛伦兹力提供向心力,有qvBm设粒子在电场中运动所受电场力为F,有FqE设粒子在电场中运动的加速度为a,根据牛顿第二定律有Fma粒子在电场中做初速度为零的匀加速直线运动,有vat联立式得t(2)粒子进入匀强磁场后做匀速圆周运动,其周期和速度、圆周运动半径无关,运动时间只由粒子所通过的圆弧所对的圆心角的大小决定,故当轨迹与内圆相切时,所用的时间最短,设粒子在磁场中的轨迹半径为r,由几何关系可知(rR)2(R)2r2设粒子进入磁场时速度方向与ab的夹角为,即圆弧所对圆心角的一半,由几何关系可知tan粒子从Q射出后在电场中做类平抛运动,在
14、电场方向上的分运动和从P释放后的运动情况相同,所以粒子进入磁场时沿竖直方向的速度同样为v,在垂直于电场方向的分速度始终为v0,由运动的合成和分解可知tan联立式得v0。9(2018江苏高考)如图所示,真空中四个相同的矩形匀强磁场区域,高为4d,宽为d,中间两个磁场区域间隔为2d,中轴线与磁场区域两侧相交于O、O点,各区域磁感应强度大小相等。某粒子质量为m、电荷量为q,从O沿轴线射入磁场。当入射速度为v0时,粒子从O上方处射出磁场。取sin530.8,cos530.6。(1)求磁感应强度大小B;(2)入射速度为5v0时,求粒子从O运动到O的时间t;(3)入射速度仍为5v0,通过沿轴线OO平移中间
15、两个磁场(磁场不重叠),可使粒子从O运动到O的时间增加t,求t的最大值。答案(1)(2) ()(3)解析(1)粒子圆周运动的半径r0由题意知r0解得B。(2)粒子入射速度为5v0时,圆周运动半径r5r0,如图所示,设粒子在矩形磁场中的偏转角为,由drsin,得sin,即53在一个矩形磁场中的运动时间t1解得t1直线运动的时间t2,解得t2则t4t1t2()。(3)将中间两磁场分别向中央移动距离x,粒子从O点向上运动的最大偏移量y2r(1cos)xtan由y2d,解得xd则当xmd时,t有最大值粒子直线运动路程的最大值sm(2d2xm)3d增加路程的最大值smsm2dd增加时间的最大值tm。命题
16、特点:常以计算题的形式考查带电粒子在组合场、复合场中的运动规律,常用数形结合解决带电粒子在电磁场中多过程的复杂问题;常以选择题的形式考查电磁技术的应用实例。思想方法:分解法、临界法、对称法。高考考向1带电粒子在组合场中的运动例1(2019天津市和平区三模)如图,离子源A产生的初速为零、带电量均为e、质量不同的正离子被电压为U0的加速电场加速后匀速通过准直管,垂直射入匀强偏转电场,偏转后通过极板HM上的小孔S离开电场,经过一段匀速直线运动,垂直于边界MN进入磁感应强度为B的匀强磁场。已知HOd,HS2d,MNQ90。(忽略粒子所受重力)(1)求偏转电场场强E0的大小以及HM与MN的夹角;(2)求
17、质量为m的离子在磁场中做圆周运动的半径;(3)若质量为4m的离子垂直打在NQ的中点S1处,质量为16m的离子打在S2处。求S1和S2之间的距离以及能打在NQ上的正离子的质量范围。(1)要求夹角,应先求什么物理量?提示:离子射出偏转电场的速度偏向角。(2)求质量为m的离子在磁场中做圆周运动的半径需要知道速度,离子进入磁场的速度是否确定?提示:离子垂直偏转电场方向的速度和射出偏转电场的速度偏向角一定,故离子进入磁场的速度确定。(3)不同质量的离子在磁场中的轨迹圆心有什么特点?提示:在边界MN及其延长线上。解析(1)正离子被电压为U0的加速电场加速后的速度设为v1,对正离子,应用动能定理有eU0mv
18、,正离子垂直射入匀强偏转电场,做类平抛运动正离子受到电场力FeE0,产生的加速度为a,即a,在垂直电场方向正离子做匀速运动,有2dv1t,沿场强方向,正离子做匀加速直线运动:dat2,联立解得E0又tan,解得45。(2)正离子进入磁场时的速度大小为v2v1,正离子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,ev2B,解得离子在磁场中做圆周运动的半径R 。(3)根据R 可知,质量为4m的离子在磁场中运动打在S1处,其运动半径为R12,质量为16m的离子在磁场中运动打在S2处,其运动半径为R22,设质量为16m的离子在磁场中运动轨迹的圆心为O1,如图甲所示,有O1NR2R1,由几何关系可知
19、S1和S2之间的距离sR1,联立解得s4(1);如图乙所示,若正离子恰好打到Q点,其轨迹半径R满足R2(2R1)2(RR1)2,解得RR1,若正离子能打到NQ上,其轨迹半径Rx须满足R1RxR1,根据R12,可解得这些正离子的质量mx满足mmx25m。答案(1)45(2) (3)4(1)mmx25m 带电粒子在组合场中运动问题的处理方法(1)解决带电粒子在组合场中运动问题的一般思维模板(2)用规律选择思路带电粒子经过电场区域时利用动能定理或类平抛的知识来处理;带电粒子经过磁场区域时利用圆周运动规律结合几何关系来处理。(3)关注从一种场进入另一种场的衔接速度。1(2019西南名校联盟“333”高
20、考诊断)(多选)如图所示,边长为L的正方形虚线框内充满着垂直于纸面的匀强磁场,虚线AC及其上方的框内磁场方向向里,虚线AC下方的框内磁场方向向外,磁感应强度大小均为B。现有两个比荷相同的带电粒子a、b,分别以v1、v2的速度沿图示方向垂直磁场方向射入磁场,并分别从B、C两点离开磁场,设a、b两粒子在磁场中运动的时间分别为t1、t2。则下列说法中正确的是()A粒子a一定带正电,粒子b一定带负电Bv1v2可能等于12Cv1v2一定等于11Dt1t2可能等于32答案ABD解析粒子a做个圆周运动后直接从B点飞出,粒子b可能在两边磁场中做多个圆弧运动后从C点飞出,结合左手定则可知,粒子a带正电,粒子b带
21、负电,A正确;结合几何关系可知,粒子a的圆周半径r1L,粒子b的圆周半径r2L(n1,2,3,),由qvBm,解得v,则v1v2r1r2n2(n1,2,3,),故B正确,C错误;由T可知,粒子a在磁场中运动的时间t1,粒子b在磁场中运动的时间t2n(n1,2,3,),则t1t232n(n1,2,3,),则D正确。2(2019福建泉州二模)华裔科学家丁肇中负责的AMS项目,是通过“太空粒子探测器”探测高能宇宙射线粒子,寻找反物质。某学习小组设想了一个探测装置,截面图如图所示。其中辐射状加速电场的内、外边界为两个同心圆,圆心为O,外圆电势为零,内圆电势45 V,内圆半径R1.0 m。在内圆内有磁感
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高考物理二轮复习 第一部分 专题三 电场和磁场 第10讲 带电粒子在组合场、复合场中的运动练习含解析-人教版高三全册物理试题 高考 物理 二轮 复习 第一 部分 专题 电场 磁场 10 带电 粒子
链接地址:https://www.deliwenku.com/p-92291782.html
限制150内