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2025届高考物理二轮专题复习与测试专题强化练九带电粒子在复合场中的运动
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这是一份2025届高考物理二轮专题复习与测试专题强化练九带电粒子在复合场中的运动,共9页。
A. eq \\al(1,1) H打到O点 B. eq \\al(2,1) H打到O点
C. eq \\al(1,1) H打到O点下方 D. eq \\al(2,1) H打到O点上方
解析:在加速电场中,根据动能定理qU= eq \f(1,2) mv2,解得v= eq \r(\f(2qU,m)) , eq \\al(4,2) He经加速电场加速后,沿水平虚线进入速度选择器,打到右侧荧光屏上的O点,则qvB=qE,可得v= eq \f(E,B) , eq \\al(2,1) H的荷质比等于 eq \\al(4,2) He的荷质比,故 eq \\al(2,1) H离开加速电场时的速度等于 eq \\al(4,2) He离开加速电场时的速度,等于 eq \f(E,B) ,故 eq \\al(2,1) H打到O点, eq \\al(1,1) H的荷质比大于 eq \\al(4,2) He的荷质比,故 eq \\al(2,1) H离开加速电场时的速度大于 eq \\al(4,2) He离开加速电场时的速度,大于 eq \f(E,B) ,在速度选择器中, eq \\al(1,1) H受到的洛伦兹力大于电场力, eq \\al(1,1) H打到O点下方。
2.(多选)电磁血流计是医生测量血管中血液流速的装置。如图所示,某段血管处于磁感应强度为B的匀强磁场中,血液中的正、负离子随血流一起在磁场中运动时(方向如图),M、N两点间会有微小的电势差,则下列说法正确的是( AD )
A.M点的电势低于N点的电势
B.正、负离子所受洛伦兹力方向相同
C.血流计理论上可以测量任何液体的流速
D.血液流速越大,M、N两点间电势差越大
解析:由左手定则可知正离子向下偏转,负离子向上偏转,可知M点的电势低于N点的电势,故A正确;根据A选项分析可知正、负离子所受洛伦兹力方向相反,故B错误;根据血流计原理可知只有液体中有带电粒子血流计才可以测流速,故C错误;正、负离子达到稳定状态时,离子所受的洛伦兹力与电场力平衡有qvB=q eq \f(U,d) ,可得M、N两点间电势差U=Bdv,可知血液流速越大,M、N两点间电势差越大,故D正确。
3.一个粒子源发出很多种带电粒子,经速度选择器后仅有甲、乙、丙、丁四种粒子沿平行于纸面的水平直线穿过竖直挡板MN上的小孔O,之后进入正方形虚线框内,虚线框内分布着垂直于纸面向里的匀强磁场,四种粒子的运动轨迹如图所示,则关于速度选择器两极板间磁场方向和四种粒子的比荷大小说法正确的是( A )
A.垂直于纸面向里,甲的比荷最大
B.垂直于纸面向里,丙的比荷最大
C.垂直于纸面向外,丙的比荷最大
D.垂直于纸面向外,丁的比荷最大
解析:由题图可知甲、乙粒子向上偏转,根据左手定则可知甲、乙粒子带正电,所以甲、乙粒子在速度选择器中所受电场力向下,则所受洛伦兹力向上,所以速度选择器两极板间磁场方向垂直于纸面向里;设粒子在磁场中运动的半径为R,根据牛顿第二定律有qvB=m eq \f(v2,R) ,解得R= eq \f(mv,Bq) ,易知四种粒子的速度大小相同,满足qvB=qE,所以R越小,比荷越大,所以甲的比荷最大。综上所述可知A正确。
4.(2024·湛江市二模)核废水中包含了具有放射性的碘的同位素131I,利用质谱仪可分析碘的各种同位素。如图所示,电荷量相同的131I和127I以相同的速度从O点进入速度选择器(速度选择器中的电场方向水平向右、磁场的磁感应强度为B1)后,再进入偏转磁场(磁感应强度为B2),最后打在照相底片的c、d两点,不计各种粒子受到的重力。下列说法正确的是( C )
A.B1垂直于纸面向里,131I和127I在偏转磁场中的轨道半径之比为127∶131
B.B1垂直于纸面向里,131I和127I在偏转磁场中的轨道半径之比为 eq \r(127) : eq \r(131)
C.B1垂直于纸面向外,131I和127I在偏转磁场中的轨道半径之比为131∶127
D.B1垂直于纸面向外,131I和127I在偏转磁场中的轨道半径之比为 eq \r(131) ∶ eq \r(127)
解析:在速度选择器中,粒子所受的电场力和洛伦兹力平衡,根据左手定则可知B1的方向垂直于纸面向外,A、B错误;设碘131和碘127的电荷量为q,质量分别为m1、m2进入偏转磁场时的速度为v,则碘131在磁场中运动时,由洛伦兹力提供向心力qvB2=m1 eq \f(v2,r1) 解得r1= eq \f(m1v,qB2) ,同理可得,碘127在磁场中运动的轨道半径r2= eq \f(m2v,qB2) ,则碘131和碘127的半径之比 eq \f(r1,r2) = eq \f(m1,m2) = eq \f(131,127) 。
5.(2023·新课标卷,T5)一电子和一α粒子从铅盒上的小孔O竖直向上射出后,打到铅盒上方水平放置的屏幕P上的a和b两点,a点在小孔O的正上方,b点在a点的右侧,如图所示。已知α粒子的速度约为电子速度的 eq \f(1,10) ,铅盒与屏幕之间存在匀强电场和匀强磁场,则电场和磁场方向可能为( C )
A.电场方向水平向左、磁场方向垂直于纸面向里
B.电场方向水平向左、磁场方向垂直于纸面向外
C.电场方向水平向右、磁场方向垂直于纸面向里
D.电场方向水平向右、磁场方向垂直于纸面向外
解析:假设电子打在a点,即其所受电场力与洛伦兹力大小相等,方向相反,故eE=evB,由于α粒子的速度v′小于电子的速度v,所以2eE>2ev′B,α粒子经过电、磁组合场后向右偏转,即其所受合力方向向右,由于α粒子带正电,所以电场方向水平向右,A、B错误;电子所受电场力水平向左,则其所受洛伦兹力水平向右,则磁场方向垂直于纸面向里,D错误,C正确。假设α粒子打在a点,同样可以得出C正确。
6.(2023·湖南卷,T6)如图所示,真空中有区域Ⅰ和Ⅱ,区域Ⅰ中存在匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向下(与纸面平行),磁场方向垂直于纸面向里,等腰直角三角形CGF区域(区域Ⅱ)内存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外。图中A、C、O三点在同一直线上,AO与GF垂直,且与电场和磁场方向均垂直。A点处的粒子源持续将比荷一定但速率不同的粒子射入区域Ⅰ中,只有沿直线AC运动的粒子才能进入区域Ⅱ。若区域Ⅰ中电场强度大小为E、磁感应强度大小为B1,区域Ⅱ中磁感应强度大小为B2,则粒子从CF的中点射出,它们在区域Ⅱ中运动的时间为t0。若改变电场或磁场强弱,能进入区域Ⅱ中的粒子在区域Ⅱ中运动的时间为t,不计粒子所受的重力及粒子之间的相互作用,下列说法正确的是( D )
A.若仅将区域Ⅰ中磁感应强度大小变为2B1,则t>t0
B.若仅将区域Ⅰ中电场强度大小变为2E,则t > t0
C.若仅将区域Ⅱ中磁感应强度大小变为 eq \f(\r(3),4) B2,则t= eq \f(t0,2)
D.若仅将区域Ⅱ中磁感应强度大小变为 eq \f(\r(2),4) B2,则t= eq \r(2) t0
解析:粒子在Ⅰ中 eq \(――→,\s\up7(匀速直线),\s\d5(运动)) qv0B1=qE→v0= eq \f(E,B1) →粒子在Ⅱ中运动的轨迹半径为r0= eq \f(mv0,qB2) = eq \f(mE,qB1B2) ,所用时间t0= eq \f(90°,360°) T= eq \f(1,4) × eq \f(2πm,qB2) = eq \f(πm,2qB2) ,仅将B1变为2B1→v1= eq \f(1,2) v0→r1= eq \f(1,2) r0→从CF的四等分点处竖直向下射出;仅将E变为2E→v2=2v0→r2=2r0→从F点竖直向下射出,粒子在区域Ⅱ中的运动轨迹如图1所示,
粒子转过的圆心角均为90°,粒子在Ⅱ中运动的时间仍为t0,A、B错误;
仅将Ⅱ中磁场变为 eq \f(\r(3),4) B2→半径r3= eq \f(4,\r(3)) r0>2r0,粒子从OF边离开,如图2所示→对应圆心角的正弦值sin θ1= eq \f(2r0,r3) = eq \f(\r(3),2) →粒子转过圆心角θ1=60°→粒子运动时间t= eq \f(60°,360°) × eq \f(2πm,q·\f(\r(3),4)B2) = eq \f(8\r(3),9) t0,C错误;仅将Ⅱ中磁场变为 eq \f(\r(2),4) B2→半径r4= eq \f(4,\r(2)) r0>2r0,粒子从OF边离开,如图3所示→对应圆心角的正弦值sin θ2= eq \f(2r0,r4) = eq \f(\r(2),2) →粒子转过圆心角θ2=45°→粒子运动时间t= eq \f(45°,360°) × eq \f(2πm,q·\f(\r(2),4)B2) = eq \r(2) t0,D正确。
7.(2024·深圳市龙岗区期末)把用金属导体制成的霍尔元件接入如图电路中,把电压表接在霍尔元件a、b极上,调节滑动变阻器使输入电流为I,又从左向右加垂直于板面的磁感应强度为B的匀强磁场,当电场力等于洛伦兹力时,电压表测出的霍尔电压为UH。下列判断正确的是( B )
A.a极的电势高于b极的电势
B.只改变B的强度,则UH跟B成正比
C.只改变I的强度,则UH跟I的平方成正比
D.改变B、I的方向,电压表指针会偏向另一边
解析:根据左手定则可知,电子受到的安培力的方向指向a极,故电子向a极偏转,故a极的电势低于b极的电势,故A错误;电子平衡时,电子所受洛伦兹力与电场力平衡,则evB=eE=e eq \f(UH,d) ,可得UH=Bdv,由电流微观粒子表达式得I=neSv,联立可得UH=Bd eq \f(I,neS) ,所以只改变B的强度,则UH跟B成正比,只改变I的强度,UH跟I也成正比,故B正确,C错误;改变B、I的方向,根据左手定则可知,a极的电势仍低于b极的电势,故电压表指针不会偏向另一边,故D错误。
8.(2024·广东省多校联考三模)如图所示,在0
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