新高考物理一轮复习跟踪练习专题12.3　带电粒子在组合场 叠加场和交变电 磁场中的运动（2份打包，原卷版+解析版）

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1、（2022·山东省莒南第一中学高三开学考试）如图所示，两水平金属板构成的器件中同时存在着匀强电场和匀强磁场，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。一带电粒子以某一水平速度从P点射入，恰好能沿直线运动，不计带电粒子的重力。下列说法正确的是（ ）
A．粒子一定带正电
B．粒子的速度大小v= SKIPIF 1 < 0
C．若粒子速度大小改变，则粒子将做曲线运动
D．若粒子速度大小改变，则电场对粒子的作用力会发生变化
2、（2022·湖北·模拟预测）如图所示，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，三个带电的微粒 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 质量相等，电量大小分别为 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 ，已知在该区域内， SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 在纸面内分别做半径为 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 的匀速圆周运动，且 SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 在纸面内向左做匀速直线运动。下列选项正确的是（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 为异种电荷B． SKIPIF 1 < 0
C． SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 均为正电荷D．无法比较 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 的大小
3、（2022·山东济南·高三开学考试）质谱仪可用来分析带电粒子的基本性质，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。带电粒子从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后打在荧光屏上。图中虚线为 SKIPIF 1 < 0 粒子（ SKIPIF 1 < 0 ）和某未知带电粒子在质谱仪中的运动轨迹，下列判断正确的是（ ）
A．未知带电粒子的比荷一定大于 SKIPIF 1 < 0 粒子的比荷
B．未知带电粒子的比荷一定小于 SKIPIF 1 < 0 粒子的比荷
C．未知带电粒子的电荷量一定大于 SKIPIF 1 < 0 粒子的电荷量
D．未知带电粒子的电荷量一定小于 SKIPIF 1 < 0 粒子的电荷量
4、（多选）2022·河北·邯郸市教育科学研究所高三开学考试）如图所示，空间中有正交的匀强磁场和匀强电场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B，匀强电场方向竖直向下，将一质量为m，带电量为 SKIPIF 1 < 0 的粒子沿水平向左以速度v抛入复合场中，忽略粒子的重力。已知匀强电场的强度大小 SKIPIF 1 < 0 ，在粒子之后运动的过程中，以下说法正确的是（ ）
A．粒子偏离人射方向的最大距离为 SKIPIF 1 < 0
B．粒子在轨迹最低点的曲率半径为 SKIPIF 1 < 0
C．粒子从抛出到最低点的过程电势能的变化量为 SKIPIF 1 < 0
D．粒子运动过程中动能与电势能的总和是守恒的
5、（多选）（2022·山西·稷山县稷山中学高三开学考试）一个带电微粒在如图所示的正交匀强电场和匀强磁场中的竖直平面内做匀速圆周运动，重力不可忽略，已知圆的半径为r，电场强度的大小为E，磁感应强度的大小为B，重力加速度为g，则（ ）
A．该微粒带正电
B．带电微粒沿逆时针旋转
C．带电微粒沿顺时针旋转
D．微粒做圆周运动的速度为 SKIPIF 1 < 0
6、（多选）（2022·辽宁沈阳·三模）圆心为O、半径为R的圆形区域内存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面的匀强磁场（未画出），磁场边缘上的A点有一带正电粒子源，OA竖直，MN与OA平行，且与圆形边界相切于B点，在MN的右侧有范围足够大水平向左的匀强电场，电场强度为E。当粒子的速度大小为 SKIPIF 1 < 0 且沿AO方向时，粒子刚好从B点离开磁场，不计粒子重力和粒子间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
A．圆形区域内磁场方向垂直纸面向外
B．粒子的比荷为 SKIPIF 1 < 0
C．粒子在磁场中运动的总时间为 SKIPIF 1 < 0
D．粒子在电场中运动的总时间为 SKIPIF 1 < 0
7、（2022·河北邢台·高三开学考试）如图所示，直角坐标系x0y处于竖直平面内，x轴沿水平方向，在y轴右侧存在沿x轴负方向的匀强电场，电场强度E=5N/C，在y轴左侧存在匀强磁场（图中未画出），匀强磁场的磁感应强度B=0.1T，方向垂直纸面向外（图中未画出）。一带电粒子从第一象限上的A点（0.1m，0.2m）以初速度v0沿y轴负方向运动，粒子经过原点0进入第三象限，粒子的比荷为 SKIPIF 1 < 0 =100C/kg，粒子重力不计。求：
（1）粒子的初速度v0；
（2）粒子第二次经过y轴时的坐标；
（3）粒子第三次经过y轴时的坐标。
8、（2022·河南安阳·模拟预测）如图所示，从离子源产生的甲，乙两种离子，由静止经电压为U的加速电场加速后在纸面内运动，自 SKIPIF 1 < 0 点与磁场边界成 SKIPIF 1 < 0 角射入磁感应强度大小为B方向垂直于纸面向里的匀强磁场。已知甲种离子从磁场边界的N点射出；乙种离子从磁场边界的M点射出；OM长为L，MN长为3L，不计重力影响和离子间的相互作用。求：
（1）甲种离子比荷；
（2）乙种离子在磁场中的运动时间。
9、（2022·湖南·长沙市明德中学高三开学考试）如图所示装置中，区域Ⅰ和Ⅲ中分别有竖直向上和水平向右的匀强电场，电场强度分别为E和 SKIPIF 1 < 0 ；Ⅱ区域内有垂直向外的水平匀强磁场，磁感应强度为B。一质量为m、带电量为q的带负电粒子（不计重力）从左边界O点正上方的M点以速度v0水平射入电场，经水平分界线OP上的A点与OP成60°角射入Ⅱ区域的磁场，并垂直竖直边界CD进入Ⅲ区域的匀强电场中。求：
（1）粒子在Ⅱ区域匀强磁场中运动的轨道半径；
（2）O、M间的距离。
10、（2022·河南·三模）如图所示，距离为d的两平行金属板P、Q放置在左、右两磁极之间，两磁极之间的磁场可看作是匀强磁场，磁感应强度大小为B。一束速度大小为v的等离子体垂直于磁场且平行于金属板沿图示方向喷入板间，不计等离子体中粒子的重力及粒子间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
A．若左侧磁极为N极，则金属板P带正电荷，金属板P、Q间的电压为 SKIPIF 1 < 0
B．若左侧磁极为S极，则金属板Q带正电荷，金属板P、Q间的电压为Bdv
C．若其他条件保持不变，仅增加平行金属板的长度，则可以增大金属板P、Q间的电压
D．若其他条件保持不变，仅增加等离子体的喷射速度，则可以增大金属板P、Q间的电压
11、（2022·江苏省上冈高级中学高二期中）关于下列四幅图的说法正确的是（ ）
A．图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，要想粒子获得的最大动能增大，可增加电压U
B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，正离子进入后会偏向B板，故A板电势高于B板电势
C．图丙是速度选择器的示意图，带电粒子（不计重力）能够沿直线从右侧进入并匀速通过速度选择器的条件是 SKIPIF 1 < 0
D．图丁是质谱仪的结构示意图，粒子打在底片上的位置越靠近狭缝S3说明粒子的比荷越大
12、（2022·重庆一中模拟预测）质谱仪是研究同位素的重要工具，重庆一中学生在学习了质谱仪原理后，运用所学知识设计了一个质谱仪，其构造原理如图所示。粒子源O可产生a、b两种电荷量相同、质量不同的粒子（初速度可视为0），经电场加速后从板AB边缘沿平行于板间方向射入，两平行板AB与CD间存在方向垂直纸面向外的匀强磁场，板间距为L，板足够长，a、b粒子最终分别打到CD板上的E、F点，E、F到C点的距离分别为 SKIPIF 1 < 0 L和L，则a、b两粒子的质量之比为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
13、（多选）（2022·云南昆明·一模）如图甲所示的平行金属极板MN之间存在交替出现的匀强磁场和匀强电场，取垂直纸面向外为磁场正方向，磁感应强度 SKIPIF 1 < 0 随时间 SKIPIF 1 < 0 周期性变化的规律如图乙所示，取垂直极板向上为电场正方向，电场强度 SKIPIF 1 < 0 随时间 SKIPIF 1 < 0 周期性变化的规律如图丙所示。 SKIPIF 1 < 0 时，一不计重力、 带正电的粒子从极板左端以速度 SKIPIF 1 < 0 沿板间中线平行极板射入板间，最终平行于极板中线射出，已知粒子在 SKIPIF 1 < 0 时速度为零，且整个运动过程中始终未与两极板接触，则下列说法正确的是（ ）
A．粒子可能在 SKIPIF 1 < 0 时刻射出极板B．极板间距不小于 SKIPIF 1 < 0
C．极板长度为 SKIPIF 1 < 0 （ SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 ）D． SKIPIF 1 < 0
14、（多选）（2022·山东·高三阶段练习）霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，用它可以检测磁场及其变化。如图所示，两块磁性强弱相同的同名磁极正对放置，长方体形的霍尔元件abcd（沿x轴方向的尺寸与空间尺寸相比可忽略）位于两磁极正中间，以其几何中心O为坐标原点建立如图所示的空间坐标系。当霍尔元件沿x轴方向移动到不同位置时，在上、下两面之间将产生不同的电势差（称为霍尔电压），该元件在移动过程中始终平行于 SKIPIF 1 < 0 平面。电流I始终沿 SKIPIF 1 < 0 轴负方向，且大小保持不变，霍尔元件中的载流子为电子。下列说法正确的是（ ）
A．霍尔元件处于x轴正半轴时，上表面的电势高于下表面的电势
B．霍尔元件从O点沿x轴正方向移动的过程中，霍尔电压逐渐增大
C．在某一位置时，若电流增大，则霍尔电压增大
D．当霍尔元件处于关于O点对称的位置时，产生的霍尔电压相同
15、（多选）（2022·海南·海口一中模拟预测）如图为一回旋加速器示意图，AA、 SKIPIF 1 < 0 之间为交变加速电场，电场为匀强电场，方向随时间周期性变化，静止释放的带电粒子在经过电场第5次加速后速度变为v5，此次加速在电场中的时间为t5，在上方的D形盒内的匀强磁场中经过半个周期的匀速圆周运动后第6次被电场加速后速度为v6，这次加速在电场中的时间为t6，则（ ）
A．v5∶v6= SKIPIF 1 < 0
B．v5∶v6=（ SKIPIF 1 < 0 ）：（ SKIPIF 1 < 0 ）
C．t5∶t6= SKIPIF 1 < 0
D．t5∶t6=（ SKIPIF 1 < 0 ）：（ SKIPIF 1 < 0 ）
16、（2022·湖北·模拟预测）如图所示，在平面直角坐标系第Ⅲ象限内存在沿+y方向的匀强电场，在第Ⅰ象限存在垂直于纸面向里的匀强磁场（电场、磁场均未画出），一个比荷为 SKIPIF 1 < 0 带电粒子以大小为 SKIPIF 1 < 0 的初速度自点 SKIPIF 1 < 0 沿 SKIPIF 1 < 0 方向运动，恰经原点 SKIPIF 1 < 0 进入第Ⅰ象限，粒子穿过匀强磁场后，最终从 SKIPIF 1 < 0 轴上的点 SKIPIF 1 < 0 射出第Ⅰ象限。不计粒子重力，求：
（1）第Ⅲ象限内匀强电场的场强 SKIPIF 1 < 0 的大小；
（2）第Ⅰ象限内匀强磁场的磁感应强度B的大小。
17、（2022·河北·高三开学考试）如图所示的平面直角坐标系xOy，在y轴的左侧有沿y轴负方向的匀强电场，右侧有垂直坐标平面向外的匀强磁场。一个质量为m、带电量为q的带电粒子（不计重力），从x轴的A点以与x轴正方向成 SKIPIF 1 < 0 的初速度v0射出，运动到y轴的B点以垂直于y轴的速度进入磁场，在磁场中运动经过x轴上的C点，再经过y轴上的D点再次进入电场，而在经过D点时匀强电场变成等大反向，使粒子刚好又回到A点，已知A、C两点之间的距离为 SKIPIF 1 < 0 d， SKIPIF 1 < 0 ，求：
（1）A、B两点间的电势差；
（2）匀强电场的电场强度与匀强磁场的磁感应强度之比；
（3）粒子从A点出发到再次回到A点的时间。
18、（2022·江苏·南京航空航天大学附属高级中学高三开学考试）在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是离子注入工作原理示意图，离子经加速后沿水平方向进入速度选择器，然后通过磁分析器，选择出特定比荷的离子，经偏转系统后注入处在水平面内的晶圆（硅片）。速度选择器、磁分析器和偏转系统中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B，方向均垂直纸面向外；速度选择器和偏转系统中的匀强电场场强大小均为E，方向分别为竖直向上和垂直纸面向外。磁分析器截面是内外半径分别为R1和R2的四分之圆环，其两端中心位置M和N处各有一个小孔；偏转系统中电场和磁场的分布区域是同一边长为L的正方体，其底面与晶圆所在水平面平行，间距也为L。当偏转系统不加电场及磁场时，离子恰好竖直注入到晶圆上的O点（即图中坐标原点，x轴垂直纸面向外）。整个系统置于真空中，不计离子重力，打在晶圆上的离子，经过电场和磁场偏转的角度都很小。当 SKIPIF 1 < 0 很小时，有 SKIPIF 1 < 0 。求
（1）离子通过速度选择器后的速度大小v和磁分析器选择出来离子的比荷；
（2）偏转系统仅加电场时离子注入晶圆的位置，用坐标（x，y）表示；
（3）偏转系统仅加磁场时离子注入晶圆的位置，用坐标（x，y）表示。
19、（多选）（2022·广东·高考真题）如图所示，磁控管内局部区域分布有水平向右的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场。电子从M点由静止释放，沿图中所示轨迹依次经过N、P两点。已知M、P在同一等势面上，下列说法正确的有（ ）
A．电子从N到P，电场力做正功
B．N点的电势高于P点的电势
C．电子从M到N，洛伦兹力不做功
D．电子在M点所受的合力大于在P点所受的合力
20、（2022·湖南·高考真题）如图，两个定值电阻的阻值分别为 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 ，直流电源的内阻不计，平行板电容器两极板水平放置，板间距离为 SKIPIF 1 < 0 ，板长为 SKIPIF 1 < 0 ，极板间存在方向水平向里的匀强磁场。质量为 SKIPIF 1 < 0 、带电量为 SKIPIF 1 < 0 的小球以初速度 SKIPIF 1 < 0 沿水平方向从电容器下板左侧边缘 SKIPIF 1 < 0 点进入电容器，做匀速圆周运动，恰从电容器上板右侧边缘离开电容器。此过程中，小球未与极板发生碰撞，重力加速度大小为 SKIPIF 1 < 0 ，忽略空气阻力。
（1）求直流电源的电动势 SKIPIF 1 < 0 ；
（2）求两极板间磁场的磁感应强度 SKIPIF 1 < 0 ；
（3）在图中虚线的右侧设计一匀强电场，使小球离开电容器后沿直线运动，求电场强度的最小值 SKIPIF 1 < 0 。
21、（2021·重庆·高考真题）如图1所示的 SKIPIF 1 < 0 竖直平面内，在原点O有一粒子源，可沿x轴正方向发射速度不同、比荷均为 SKIPIF 1 < 0 的带正电的粒子。在 SKIPIF 1 < 0 的区域仅有垂直于平面向内的匀强磁场； SKIPIF 1 < 0 的区域仅有如图2所示的电场， SKIPIF 1 < 0 时间内和 SKIPIF 1 < 0 时刻后的匀强电场大小相等，方向相反（ SKIPIF 1 < 0 时间内电场方向竖直向下）， SKIPIF 1 < 0 时间内电场强度为零。在磁场左边界 SKIPIF 1 < 0 直线上的某点，固定一粒子收集器（图中未画出）。0时刻发射的A粒子在 SKIPIF 1 < 0 时刻经过左边界进入磁场，最终被收集器收集；B粒子在 SKIPIF 1 < 0 时刻以与A粒子相同的发射速度发射，第一次经过磁场左边界的位置坐标为 SKIPIF 1 < 0 ；C粒子在 SKIPIF 1 < 0 时刻发射，其发射速度是A粒子发射速度的 SKIPIF 1 < 0 ，不经过磁场能被收集器收集。忽略粒子间相互作用力和粒子重力，不考虑边界效应。
（1）求电场强度E的大小；
（2）求磁感应强度B的大小；
（3）设 SKIPIF 1 < 0 时刻发射的粒子能被收集器收集，求其有可能的发射速度大小。
22、（2020·山东·高考真题）某型号质谱仪的工作原理如图甲所示。M、N为竖直放置的两金属板，两板间电压为U，Q板为记录板，分界面P将N、Q间区域分为宽度均为d的I、Ⅱ两部分，M、N、P、Q所在平面相互平行，a、b为M、N上两正对的小孔。以a、b所在直线为z轴， 向右为正方向，取z轴与Q板的交点O为坐标原点，以平行于Q板水平向里为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向，建立空间直角坐标系Oxyz。区域I、Ⅱ内分别充满沿x轴正方向的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度大小、电场强度大小分别为B和E。一质量为m，电荷量为+q的粒子，从a孔飘入电场（初速度视为零），经b孔进入磁场，过P面上的c点（图中未画出）进入电场，最终打到记录板Q上。不计粒子重力。
（1）求粒子在磁场中做圆周运动的半径R以及c点到z轴的距离L；
（2）求粒子打到记录板上位置的x坐标；
（3）求粒子打到记录板上位置的y坐标（用R、d表示）；
（4）如图乙所示，在记录板上得到三个点s1、s2、s3，若这三个点是质子 SKIPIF 1 < 0 、氚核 SKIPIF 1 < 0 、氦核 SKIPIF 1 < 0 的位置，请写出这三个点分别对应哪个粒子（不考虑粒子间的相互作用，不要求写出推导过程）。