2020高考物理二輪 專題訓(xùn)練14 帶電粒子在電、磁場中的運(yùn)動(三)

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1、2020高考物理二輪專題訓(xùn)練14　帶電粒子在電、磁場中的運(yùn)動(三) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(18分)如圖1所示為某種質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖．其中加速電場的電壓為U，靜電分析器中與圓心O1等距各點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小相同，方向沿徑向指向圓心O1；磁分析器中在以O(shè)2為圓心、圓心角為90°的扇形區(qū)域內(nèi)，布著方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，其左邊界與靜電分析器的右邊界平行．由離子源發(fā)出一質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子(初速度為零，重力不計(jì))，經(jīng)加速電場加速后，從M點(diǎn)沿垂直于該點(diǎn)的場強(qiáng)方向進(jìn)入靜電分析器，在靜電分析器中，離子沿半徑為R的四分之一圓弧軌跡做勻速圓周運(yùn)動，并從N點(diǎn)射出靜電分析器．而

2、后離子由P點(diǎn)沿著既垂直于磁分析器的左邊界，又垂直于磁場方向射入磁分析器中，最后離子沿垂直于磁分析器下邊界的方向從Q點(diǎn)射出，并進(jìn)入收集器．測量出Q點(diǎn)與圓心Q2的距離為d． 圖1 (1)試求靜電分析器中離子運(yùn)動軌跡處電場強(qiáng)度E的大小； (2)試求磁分析器中磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向； (3)如果離子的質(zhì)量為0．9 m，電荷量仍為q，其它條件不變，那么，這個離子射出電場和射出磁場的位置是否變化．通過分析和必要的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，請你說明． 2．(18分)如圖2甲所示，水平直線MN下方有豎直向上的勻強(qiáng)電場，其變化規(guī)律如圖乙所示，電場強(qiáng)度E0＝ V/m，現(xiàn)將一重力不計(jì)、比荷＝106 C/kg的

3、帶電粒子從電場中的C點(diǎn)由靜止釋放，經(jīng)t1＝×10－5 s的時間粒子通過MN上的D點(diǎn)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B按圖丙所示規(guī)律變化．(計(jì)算結(jié)果均可保留π) 圖2 (1)求粒子到達(dá)D點(diǎn)時的速率； (2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B1＝0．3 T時粒子做圓周運(yùn)動的周期和半徑； (3)若在距D點(diǎn)左側(cè)d＝21 cm處有一垂直于MN的足夠大的擋板ab，求粒子從C點(diǎn)運(yùn)動到擋板時所用的時間； (4)欲使粒子垂直打在擋板ab上，求擋板ab與D點(diǎn)的距離所滿足的條件． 3．如圖3所示，在坐標(biāo)系xOy中，過原點(diǎn)的直線OC與x軸正向的夾角φ＝120°，在OC右側(cè)有一勻強(qiáng)電場，在第二、三象限

4、內(nèi)有一勻強(qiáng)磁場，其上邊界與電場邊界重疊，右邊界為y軸，左邊界為圖中平行于y軸的虛線，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向里．一帶正電荷q、質(zhì)量為m的粒子以某一速度自磁場左邊界上的A點(diǎn)射入磁場區(qū)域，并從O點(diǎn)射出，粒子射出磁場的速度方向與x軸的夾角θ＝30°，大小為v，粒子在磁場內(nèi)的運(yùn)動軌跡為紙面內(nèi)的一段圓弧，且弧的半徑為磁場左右邊界間距的2倍，粒子進(jìn)入電場后，在電場力的作用下又由O點(diǎn)返回磁場區(qū)域，經(jīng)過一段時間后再次離開磁場．已知粒子從A點(diǎn)射入到第二次離開磁場所用的時間恰好等于粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的周期．忽略重力的影響．求： 圖3 (1)粒子經(jīng)過A點(diǎn)時的速度方向和A點(diǎn)到x軸的距離；

5、 (2)勻強(qiáng)電場的大小和方向； (3)粒子從第二次離開磁場到再次進(jìn)入電場所用的時間． 4．在某一真空空間內(nèi)建立xOy坐標(biāo)系，從原點(diǎn)O處向第一象限發(fā)射一比荷＝1× 104 C/kg的帶正電的粒子(重力不計(jì))，速度大小v0＝103 m/s、方向與x軸正方向成30°角． 　 圖4 (1)若在坐標(biāo)系y軸右側(cè)加有勻強(qiáng)磁場區(qū)域，在第Ⅰ象限，磁場方向垂直xOy平面向外；在第Ⅳ象限，磁場方向垂直xOy平面向里；磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B＝1 T，如圖4(a)所示，求粒子從O點(diǎn)射出后，第2次經(jīng)過x軸時的坐標(biāo)x1． (2)若將上述磁場改為如圖4(b)所示的勻強(qiáng)磁場．在t＝0到t＝×10－4 s時間內(nèi)，磁場方向垂直于xOy平面向外；在t＝×10－4 s到t＝×10－4 s時間內(nèi)，磁場方向垂直于xOy平面向外，此后該空間不存在磁場．在t＝0時刻，粒子仍從O點(diǎn)以與原來相同的速率v0射入，求粒子從O點(diǎn)射出后第2次經(jīng)過x軸時的坐標(biāo)x2． 答案 1．(1)　(2) 　垂直紙面向外 (3)射出電場位置不變，射出磁場位置變化 2．(1)1．5×104 m/s　(2)×10－5 s　5 cm (3)3.24×10－5 s　(4)(16 k－3)×10－2 m(k＝1,2,3，……) 3．(1)　(2)，與x軸正向夾角為150°　(3) 4．(1)0.2 m　(2)0.6 m