高考物理一轮复习课时分层作业（三十三）带电粒子在复合场中的运动含答案

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课时分层作业(三十三)　带电粒子在复合场中的运动 基础性题组1．下列装置中，没有利用带电粒子在磁场中发生偏转的物理原理的是(　　)2.如图所示是速度选择器的原理图，已知电场强度为E、磁感应强度为B，并且二者相互垂直分布，某一带电粒子(重力不计)沿图中虚线水平通过．则该带电粒子(　　)A．一定带正电B．速度大小为C．可能沿QP方向运动D．若沿PQ方向运动的速度大于，将一定向下极板偏转3．如图所示，为质谱仪测定带电粒子质量装置的示意图．速度选择器(也称滤速器)中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直于纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直于纸面向外．在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1，射入速度选择器中，若m甲＝m乙<m丙＝m丁，v甲<v乙＝v丙<v丁，在不计重力的情况下，打在P1、P2、P3、P4四点的离子分别是(　　)A．甲、乙、丙、丁     B．甲、丁、乙、丙C．丙、丁、乙、甲     D．甲、乙、丁、丙4．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．纸面内有两个半径不同的半圆在b点平滑连接后构成一绝缘光滑环．一带电小球套在环上从a点开始运动，发现其速率保持不变．则小球(　　)A．带负电B．受到的洛伦兹力大小不变C．运动过程的加速度大小保持不变D．光滑环对小球始终没有作用力5．2020年爆发了新冠肺炎，该病毒传播能力非常强，因此研究新冠肺炎病毒株的实验室必须全程都在高度无接触物理防护性条件下操作．武汉病毒研究所是我国防护等级最高的P4实验室，在该实验室中有一种污水流量计，其原理可以简化为如图所示的模型：废液内含有大量正、负离子，从直径为d的圆柱形容器右侧流入，左侧流出．流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积．空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，下列说法正确的是(　　)A．带电粒子所受洛伦兹力的方向水平向左B．正、负粒子所受洛伦兹力的方向是相同的C．污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速D．只需要测量M、N两点间的电压就能够推算废液的流量  6．电子感应加速器是利用感生电场加速电子的装置，基本原理如图所示．图中上半部分为侧视图，S、N为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一环形真空室，图中下半部分为真空室的俯视图．电磁铁线圈中电流发生变化时，产生的感生电场可以使电子在真空室中加速运动．已知电子的带电荷量为e＝1.6×10－19 C，质量为m＝9.1×10－31  kg，初速度为零，在变化的磁场作用下运动轨迹半径恒为R＝0.455 m，电子轨迹所在处的感生电场的电场强度大小恒为E＝9.1 V/m，方向沿轨迹切线方向，电子重力不计．求：(1)经时间t＝5×10－3 s电子获得的动能Ek(结果保留两位有效数字)；(2)t＝5×10－3 s时刻电子所在位置的磁感应强度B的大小．                7．如图所示，在平面直角坐标系xOy中，第一象限内存在正交的匀强电、磁场，电场强度E1＝40 N/C；第四象限内存在一方向向左的匀强电场E2＝ N/C.一质量为m＝2×10－3  kg带正电的小球，从点M(3.64 m，3.2 m)以v0＝1 m/s的水平速度开始运动．已知小球在第一象限内做匀速圆周运动，从点P(2.04 m，0)进入第四象限后经过y轴上的点N(0，－2.28 m)(图中未标出).(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)求：(1)匀强磁场的磁感应强度B；(2)小球由P点运动到N点的时间．             综合性题组8．[2022·安徽合肥联考](多选)如图甲所示，绝缘轻质细绳一端固定在方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场中的O点，另一端连接带正电的小球，小球所带电荷量q＝6×10－7 C，电场方向沿竖直方向，坐标原点O的电势为零，磁场方向垂直于纸面向里．当小球以2 m/s的速率绕O点在竖直平面内做匀速圆周运动时，细绳上的拉力刚好为零，在小球从最低点运动到最高点的过程中，轨迹上每点的电势φ随纵坐标y的变化关系如图乙所示，重力加速度g＝10 m/s2.则下列判断正确的是(　　)A．匀强电场的场强大小为3.2×106 V/mB．小球重力势能增加最多的过程中，电势能减少了2.4 JC.小球做顺时针方向的匀速圆周运动D．小球所受的洛伦兹力的大小为3 N9.[2021·河北卷，14]如图，一对长平行栅极板水平放置，极板外存在方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场，极板与可调电源相连．正极板上O点处的粒子源垂直极板向上发射速度为v0、带正电的粒子束，单个粒子的质量为m、电荷量为q.一足够长的挡板OM与正极板成37°倾斜放置，用于吸收打在其上的粒子．C、P是负极板上的两点，C点位于O点的正上方，P点处放置一粒子靶(忽略靶的大小)，用于接收从上方打入的粒子，CP长度为L0.忽略栅极的电场边缘效应、粒子间的相互作用及粒子所受重力，sin 37°＝.(1)若粒子经电场一次加速后正好打在P点处的粒子靶上，求可调电源电压U0的大小；(2)调整电压的大小，使粒子不能打在挡板OM上，求电压的最小值Umin；(3)若粒子靶在负极板上的位置P点左右可调，则负极板上存在H、S两点(CH≤CP<CS，H、S两点未在图中标出)，对于粒子靶在HS区域内的每一点，当电压从零开始连续缓慢增加时，粒子靶均只能接收到n(n≥2)种能量的粒子，求CH和CS的长度(假定在每个粒子的整个运动过程中电压恒定). 课时分层作业(三十三)　带电粒子在复合场中的运动1．解析：洗衣机将电能转化为机械能，不是利用带电粒子在磁场中的偏转制成的，所以D符合题意．答案：D2．解析：速度选择器不选择电性，只选择速度，粒子不一定带正电，选项A错误；根据电场力等于洛伦兹力知，qE＝qvB，解得v＝，选项B正确；粒子只能沿PQ方向运动，不能沿QP方向运动，选项C错误；由于不知道粒子的电性，若运动的速度大于，无法确定粒子偏转方向，选项D错误．答案：B3．解析：对打在P1点的离子，有qvB1<qE，v最小，故为甲离子；对打在P2点的离子，有qvB1>qE，v最大，故为丁离子；打在P3点的离子与打在P4点的离子相比，r3<r4，由r＝，又v乙＝v丙，故打在P3点的离子小，即为乙离子．故选项B正确．答案：B4．解析：小球速率不变，则做匀速圆周运动，可知所受的电场力和重力平衡，所以小球受向上的电场力，则小球带正电，选项A错误；小球的速率不变，根据F洛＝Bqv可知受到的洛伦兹力大小不变，选项B正确；因小球在不同的圆环中运动的半径不同，根据a＝可知，小球从小圆环过渡到大圆环的过程中加速度变小，选项C错误；小球从小圆环过渡到大圆环的过程中，加速度减小，根据FN＋qvB＝ma可知光滑环对小球的作用力发生变化，且作用力不可能总是零，选项D错误；故选B.答案：B5．解析：根据左手定则，正电荷受到竖直向下的洛伦兹力，负电荷受到竖直向上的洛伦兹力，A、B错误；不带电的液体在磁场中流动时，由于没有自由电荷，不能形成电场，MN两点没有电势差，因此无法测出流速，C错误；计算液体的流速，根据qvB＝q，可得流速v＝，流量Q＝Sv＝·＝，D正确．答案：D6．解析：(1)电子一直受到沿切线方向的电场力而不断加速．由牛顿第二定律得eE＝ma由运动学规律知v＝at由动能表达式知Ek＝mv2解得Ek＝2.9×10－11 J(2)电子一直受到指向圆心的洛伦兹力而不断改变速度的方向．由牛顿第二定律得evB＝m解得B＝0.1 T.答案：(1)2.9×10－11 J　(2)0.1 T7．解析：(1)由题意可知qE1＝mg，得q＝5×10－4 C.分析如图，R cos θ＝xM－xP，R sin θ＋R＝yM，可得R＝2 m，θ＝37°.由qv0B＝，得B＝2 T.(2)小球进入第四象限后受力分析如图，tan α＝＝0.75.可知小球进入第四象限后所受电场力和重力的合力与速度方向垂直，即α＝θ＝37°.由几何关系可得lNQ＝0.6 m.由lNQ＝v0t，解得t＝0.6 s.或：F＝＝ma，得a＝ m/s2，由几何关系得lPQ＝3 m，由lPQ＝at2，解得t＝0.6 s.答案：(1)2 T　(2)0.6 s8．解析：根据题意和图乙可知，场强大小E＝＝ V/m＝5×106 V/m，选项A错误；小球重力势能增加最多的过程即为小球从最低点运动到最高点的过程，减少的电势能的大小为6×10－7×[2－(－2)]×106 J＝2.4 J，选项B正确；小球速率为2 m/s时恰好仅由洛伦兹力提供向心力，据左手定则可知小球做逆时针方向的运动，选项C错误；据题意可知，小球所受的电场力与重力大小相等，即mg＝Eq，又由C项分析可知洛伦兹力F＝，其中v＝2 m/s，r＝0.4 m，解得F＝3 N，选项D正确．答案：BD9．解析：(1)根据动能定理得qU0＝，带电粒子进入磁场，由洛伦兹力提供向心力得qvB＝m，又有r＝，联立解得U0＝.(2)使粒子不能打在挡板OM上，则加速电压最小时，粒子的运动轨迹恰好与挡板OM相切，如图甲所示，设此时粒子加速后的速度大小为v1，在上方磁场中运动的轨迹半径为r1，在下方磁场中运动的轨迹半径为r2，由几何关系得2r1＝r2＋，解得r1＝r2，由题意知，粒子在下方磁场中运动的速度为v0，由洛伦兹力提供向心力得qv1B＝，qv0B＝，由动能定理得qUmin＝.(3)画出粒子的运动轨迹，由几何关系可知P点的位置满足k(2rP－2r2)＋2rP＝xCP(k＝1，2，3…)．当k＝1时，轨迹如图乙所示；当k＝5时，轨迹如图丙所示．由题意可知，每个粒子的整个运动过程中电压恒定，粒子在下面的磁场中运动时，根据洛伦兹力提供向心力，有qv0B＝，解得r2＝，为定值，由第(2)问可知，rP≥r2，所以当k取1，rP＝时，xCP取最小值，即CH＝xCPmin＝·，CS→无穷远．答案：　(3)见解析