2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 課時作業(yè)31 帶電粒子在組合場中的運(yùn)動 新人教版

課時作業(yè)31帶電粒子在組合場中的運(yùn)動時間：45分鐘1如圖所示，a、b是兩個勻強(qiáng)磁場邊界上的兩點(diǎn)，左邊勻強(qiáng)磁場的磁感線垂直紙面向里，右邊勻強(qiáng)磁場的磁感線垂直紙面向外，兩邊的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等電荷量為2e的帶正電的質(zhì)點(diǎn)M以某一速度從a點(diǎn)垂直磁場邊界向左射出，與靜止在b點(diǎn)的電荷量為e的帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)N相撞，并粘合在一起，不計質(zhì)點(diǎn)M和質(zhì)點(diǎn)N的重力，則它們在磁場中的運(yùn)動軌跡是(D)解析：正離子以某一速度擊中并吸收靜止的電子后，速度保持不變，電荷量變?yōu)閑，由左手定則可判斷出正離子過b點(diǎn)時所受洛倫茲力向下；由r可得，電荷量減半，則半徑增大到原來的2倍，故磁場中的運(yùn)動軌跡為D，故D正確2用回旋加速器分別加速某元素的一價正離子和二價正離子，各離子開始釋放的位置均在A點(diǎn)，加速電壓相同，則關(guān)于一價正離子和二價正離子的加速，下列說法不正確的是(C)A獲得的最大速度之比為12B獲得的最大動能之比為14C加速需要的交變電壓的頻率之比為21D經(jīng)加速電場加速的次數(shù)之比為12解析：某元素的一價正離子和二價正離子的電荷量之比為12，質(zhì)量相等，由Ekmv2m2，可知獲得的最大動能之比為14，速度之比為12，A、B正確，不符合題意；加速電壓的周期等于粒子在磁場中運(yùn)動的周期，即T，可見交變電壓的周期之比為21，頻率之比為12，C錯誤，符合題意；經(jīng)加速電場加速由動能定理有nqU，n，因此加速的次數(shù)之比為12，D正確，不符合題意3如圖所示左側(cè)為豎直放置的兩平行板M、N，右側(cè)為垂直紙面向里的左、右邊界分別為1、2的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.平行板M的中心處有一電子放射源S，能源源不斷地發(fā)射一系列初速度可視為零的電子，經(jīng)加速電壓U0加速后，電子沿水平方向從N板的小孔向右進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，經(jīng)一段時間電子到達(dá)磁場右邊界的P點(diǎn)如果磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)?B，欲使電子仍沿原來的軌跡到達(dá)P點(diǎn)，應(yīng)將加速電壓調(diào)節(jié)為U，則(A)AU4U0 BU2U0CUU0 DUU0解析：要使電子在磁場中仍打在P點(diǎn)，則可知電子的運(yùn)動半徑不變，則由Bevm可知R，磁感應(yīng)強(qiáng)度B加倍，而電子的軌道半徑R不變，則速度一定也加倍對電子的加速過程有eUmv2，解得v，故要使速度加倍，加速電壓應(yīng)變?yōu)樵瓉淼?倍，A正確4質(zhì)譜儀是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具如圖所示為質(zhì)譜儀的原理示意圖，現(xiàn)利用質(zhì)譜儀對氫元素進(jìn)行測量讓氫元素三種同位素的離子流從容器A下方的小孔S無初速度飄入電勢差為U的加速電場加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中氫的三種同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三條“質(zhì)譜線”則下列判斷正確的是(A)A進(jìn)入磁場時速度從大到小排列的順序是氕、氘、氚B進(jìn)入磁場時動能從大到小排列的順序是氕、氘、氚C在磁場中運(yùn)動時間由大到小排列的順序是氕、氘、氚Da、b、c三條“質(zhì)譜線”依次排列的順序是氕、氘、氚解析：離子通過加速電場的過程，有qUmv2，因?yàn)殡?、氘、氚三種離子的電量相同、質(zhì)量依次增大，故進(jìn)入磁場時動能相同，速度依次減小，故A項正確，B項錯誤；由T可知，氕、氘、氚三種離子在磁場中運(yùn)動的周期依次增大，又三種離子在磁場中運(yùn)動的時間均為半個周期，故在磁場中運(yùn)動時間由大到小排列依次為氚、氘、氕，C項錯誤；由qvBm及qUmv2，可得R，故氕、氘、氚三種離子在磁場中的軌道半徑依次增大，所以a、b、c三條“質(zhì)譜線”依次對應(yīng)氚、氘、氕，D項錯誤5平面直角坐標(biāo)系xOy中，第二象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度大小為E，第三、四象限存在垂直坐標(biāo)平面向里的勻強(qiáng)磁場，如圖所示一質(zhì)量為m，電荷量為q的正粒子從坐標(biāo)為(L，L)的P點(diǎn)沿y軸負(fù)向進(jìn)入電場，初速度大小為v0，粒子第二次到達(dá)x軸的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)不計粒子的重力，求：(1)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；(2)若粒子由P點(diǎn)沿x軸正向入射，初速度仍為v0，求粒子第二次到達(dá)x軸時與坐標(biāo)原點(diǎn)的距離解析：(1)由動能定理EqLmv2mv粒子進(jìn)入磁場時速度大小為v在磁場中L2RqvBm可得B4(2)假設(shè)粒子由y軸離開電場Lv0tyat2Eqma可得y1<L，假設(shè)成立vyat速度偏轉(zhuǎn)角tan第一次到達(dá)x軸的坐標(biāo)x1L在磁場中Rx2RsinsinL粒子第二次到達(dá)x軸的位置與坐標(biāo)原點(diǎn)的距離xx1x2L(或1.85L)答案：(1)4(2)L6如圖所示，兩條豎直長虛線所夾的區(qū)域被線段MN分為上、下兩部分，上部分的電場方向豎直向上，下部分的電場方向豎直向下，兩電場均為勻強(qiáng)電場且電場強(qiáng)度大小相同擋板PQ垂直MN放置，擋板的中點(diǎn)置于N點(diǎn)在擋板的右側(cè)區(qū)域存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場在左側(cè)虛線上緊靠M的上方取點(diǎn)A，一比荷5×105 C/kg的帶正電粒子，從A點(diǎn)以v02×103 m/s的速度沿平行MN方向射入電場，該粒子恰好從P點(diǎn)離開電場，經(jīng)過磁場的作用后恰好從Q點(diǎn)回到電場已知MN、PQ的長度均為L0.5 m，不考慮重力對帶電粒子的影響，不考慮相對論效應(yīng)(1)求電場強(qiáng)度E的大小；(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小；(3)在左側(cè)虛線上M點(diǎn)的下方取一點(diǎn)C，且CM0.5 m，帶負(fù)電的粒子從C點(diǎn)沿平行MN方向射入電場，該帶負(fù)電粒子與上述帶正電粒子除電性相反外其他都相同若兩帶電粒子經(jīng)過磁場后同時分別運(yùn)動到Q點(diǎn)和P點(diǎn)，求兩帶電粒子在A、C兩點(diǎn)射入電場的時間差解析：(1)帶正電粒子在電場中做類平拋運(yùn)動，有Lv0t·t2解得：E16 N/C.(2)設(shè)帶正電的粒子從P點(diǎn)射出電場時與虛線的夾角為，有tan可得45°粒子射入磁場時的速度大小vv0粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，有qvBm由幾何關(guān)系有rL解得：B1.6×102 T.(3)兩帶電粒子在電場中都做類平拋運(yùn)動，運(yùn)動時間相同兩帶電粒子在磁場中都做勻速圓周運(yùn)動，帶正電粒子轉(zhuǎn)過的圓心角為，帶負(fù)電粒子轉(zhuǎn)過的圓心角為.兩帶電粒子在A、C兩點(diǎn)進(jìn)入電場的時間差就是兩粒子在磁場中運(yùn)動的時間差若帶電粒子能在勻強(qiáng)磁場中做完整的圓周運(yùn)動，則其運(yùn)動一周的時間T帶正電粒子在磁場中運(yùn)動時間t1T5.9×104 s帶負(fù)電粒子在磁場中運(yùn)動時間t2T2.0×104 s兩帶電粒子在A、C兩點(diǎn)射入電場的時間差tt1t23.9×104 s.答案：(1)16 N/C(2)1.6×102 T(3)3.9×104 s7(2018·天津卷)如圖所示，在水平線ab的下方有一勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度為E，方向豎直向下，ab的上方存在勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里磁場中有一內(nèi)、外半徑分別為R、R的半圓環(huán)形區(qū)域，外圓與ab的交點(diǎn)分別為M、N.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電粒子在電場中P點(diǎn)靜止釋放，由M進(jìn)入磁場，從N射出不計粒子重力(1)求粒子從P到M所用的時間t；(2)若粒子從與P同一水平線上的Q點(diǎn)水平射出，同樣能由M進(jìn)入磁場，從N射出粒子從M到N的過程中，始終在環(huán)形區(qū)域中運(yùn)動，且所用的時間最少，求粒子在Q時速度v0的大小解析：(1)設(shè)粒子在磁場中運(yùn)動的速度大小為v，所受洛倫茲力提供向心力，有qvBm設(shè)粒子在電場中運(yùn)動所受電場力為F，有FqE設(shè)粒子在電場中運(yùn)動的加速度為a，根據(jù)牛頓第二定律有Fma粒子在電場中做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，有vat聯(lián)立式得t(2)粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后做勻速圓周運(yùn)動，其周期與速度、半徑無關(guān)，運(yùn)動時間只由粒子所通過的圓弧所對的圓心角的大小決定故當(dāng)軌跡與內(nèi)圓相切時，所用的時間最短設(shè)粒子在磁場中的軌跡半徑為r，由幾何關(guān)系可得(rR)2(R)2r2設(shè)粒子進(jìn)入磁場時速度方向與ab的夾角為，即圓弧所對圓心角的一半，由幾何關(guān)系知tan粒子從Q點(diǎn)射出后在電場中做類平拋運(yùn)動，在電場方向上的分運(yùn)動和從P點(diǎn)釋放后的運(yùn)動情況相同，所以粒子進(jìn)入磁場時沿豎直方向的速度同樣為v.在垂直于電場方向上的分速度始終等于v0，由運(yùn)動的合成和分解可得tan聯(lián)立式得v0答案：(1)(2)8