专题21 带电粒子在复合场运动（一）-2021年高考高三下学期5月模拟物理试题汇编

这是一份专题21 带电粒子在复合场运动（一）-2021年高考高三下学期5月模拟物理试题汇编，文件包含专题21带电粒子在复合场运动一-2021年高考高三下学期5月模拟物理试题汇编解析版docx、专题21带电粒子在复合场运动一-2021年高考高三下学期5月模拟物理试题汇编原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共18页， 欢迎下载使用。
2021年高考高三下学期5月模拟物理试题汇编专题21 带电粒子在复合场运动（一）1、（2021·北京市昌平区高三下学期5月二模）粒子加速器是借助于不同形态的电场，将带电粒子加速到高能量的电磁装置。粒子加速器可分为直线加速器和圆形加速器等类型。回旋加速器使带电粒子沿近似圆形的轨道运动，改进了直线加速器占地较大的问题。回旋加速器的工作原理如图所示。半径为R的高真空的D形金属盒处在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与盒面垂直。将两盒与电压为U的高频交变电源相连，两盒的狭缝间形成周期性变化的电场。A处粒子源产生的带电粒子，质量为m、电荷量为+q，初速度为0。调整交流电源的频率可使粒子每次通过狭缝时都能被加速。不计带电粒子穿过狭缝的时间和粒子所受重力。求：（1）所加交流电的频率f；（2）粒子获得的最大动能Ekm。2、（2021·北京市朝阳区高三下学期5月二模） 静止电荷在其周围空间产生的电场，称为静电场；随时间变化的磁场在其周围空间激发的电场称为感生电场。如图1所示，在纸面内以O为圆心、半径为a的圆形区域内，分布着垂直纸面向里的磁场，磁感应强度B的大小随时间均匀增加，变化率为k。该变化磁场激发感生电场，距圆心r处的电场强度大小分布满足如下关系：。电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备。一种电子感应加速器的简化模型如图2所示，空间存在垂直纸面向里的磁场，在以O为圆心，半径小于r0的圆形区域内，磁感应强度B1=k1t，在大于等于r0的环形区域内，磁感应强度B2=k2t，其中k1、k2均为正的定值。电子能在环形区域内沿半径等于r0的圆形轨道运动，并不断被加速。a．分别说明B1、B2的作用；b．推导k1与k2应满足的数量关系。3、（2021·北京市海淀区高三下学期5月期末反馈）质谱仪是一种检测和分离同位素的仪器。如图所示，某种带电粒子，从容器A下方的小孔S1进入电压为U的加速电场，其初速度可忽略不计。这些粒子经过小孔S2沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，随后粒子束在照相底片MN上的P点形成一个曝光点。对于同一种元素，若有几种同位素时，就会在底片上的不同位置出现按质量大小分布的谱线，经过分析谱线的条数、强度(单位时间内打在底片上某处的粒子动能)就可以分析该种元素的同位素组成。不计粒子的重力及粒子间的相互作用。（1）求比荷为的粒子进入磁场的速度大小；（2）若测得某种元素的两种同位素a、b打在底片上的位置距离小孔S2的距离分别为D1和D2，强度分别为P1和P2，求：①两种同位素a、b的粒子质量之比m1:m2；②两种同位素a、b在该种元素物质组成中所占的质量之比M1:M2。4、（2021·北京市海淀区高三下学期5月期末反馈）质谱仪是一种检测和分离同位素的仪器。如图所示，某种粒子，从容器A下方的小孔S1进入电压为U0的加速电场，其初速度可忽略不计。这些粒子经过小孔S2沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，随后粒子束在照相底片MN上的P点形成一个曝光点。不计粒子的重力及粒子间的相互作用。（1）若粒子的质量为m，电量为＋q，求粒子进入磁场时动量的大小p；（2）已知某种粒子的电量为＋q，其在照相底片MN上的P点到S2的距离为L1，求这种粒子的质量m；（3）若某种粒子在照相底片MN上的P点到S2的距离为L2，求这种粒子的比荷（即电量与其质量之比）；（4）若某种粒子经过小孔S2沿着与磁场垂直的方向进入磁场后，形成等效电流为I的粒子束，其在照相底片MN上的P点到S2的距离为L3，求该粒子束单位时间内对P点的冲击力的大小F；（5）加速电压存在一定的波动性，即电压范围在U0－U和U0＋U之间，由此导致同一种粒子在照相底片上的曝光情况为一条长为d的线，设该种粒子的比荷为k，求电压波动范围的大小U；5、（2021·北京市海淀区高三下学期5月期末）质谱仪是一种检测和分离同位素的仪器。如图所示，某种电荷量为+q的粒子，从容器A下方的小孔S1进入电压为U的加速电场，其初速度可忽略不计。这些粒子经过小孔S2沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，形成等效电流为I的粒子束。随后粒子束在照相底片MN上的P点形成一个曝光点，P点与小孔S2之间的距离为D。不计粒子的重力及粒子间的相互作用。（1）求粒子进入磁场时的动能Ek；（2）求在t时间内照相底片接收到粒子总质量M；（3）衡量质谱仪性能的重要指标之一是与粒子质量有关的分辨率。粒子的质量不同，在MN上形成曝光点的位置就会不同。质量分别为m和m+Δm的同种元素的同位素在底片MN上形成的曝光点与小孔S2之间的距离分别为d和d+Δd（Δd<<d），其中Δd是质谱仪能分辨出来的最小距离，定义质谱仪的分辨率为，请写出质谱仪的分辨率与d、Δd的关系式。6、（2021·福建省龙岩市高三下学期5月三模）如图所示，在竖直的xoy平面内，在水平x轴上方存在场强大小、方向平行于x轴向右的匀强电场，在第二象限存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。在x轴下方存在方向垂直纸面向外的匀强磁场、大小与方向都未知的匀强电场E2。一质量为m、带电量为q的小球从y轴上的P（0，L）位置无初速度释放，释放后小球从第一象限进入第四象限做匀速圆周运动，运动轨迹恰好与y轴相切。（1）求匀强电场E2大小与方向；（2）求小球第二次穿过x轴的位置与第三次穿过x轴的位置之间的距离；（3）若让小球从y轴上的Q点（图中未标出）无初速度释放，小球第二次穿过x轴后进入第二象限做直线运动，恰好又回到Q点。求第二象限中匀强磁场的磁感应强度B的大小。