高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題39 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(測(cè))(含解析)1
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專題39 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(測(cè)) 【滿分:110分 時(shí)間:90分鐘】 一、選擇題(本大題共12小題,每小題5分,共60分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中.1~8題只有一項(xiàng)符合題目要求; 9~12題有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得5分,選對(duì)但不全的得3分,有選錯(cuò)的得0分。) 1.圖示是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖,帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后,進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和E,平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片,平板S下方有強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng),下列表述錯(cuò)誤的是: ( ) A.質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 B.速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向內(nèi) C.能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于 D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P,粒子的比荷越大 【答案】B 【名師點(diǎn)睛】質(zhì)譜儀工作原理應(yīng)采取分段分析的方法,即粒子加速階段,速度選擇階段,在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)階段。 2.關(guān)于回旋加速器加速帶電粒子所獲得的能量,下列說法正確的是: ( ) A.與加速器的半徑有關(guān),半徑越小,能量越大 B.與加速器的磁場(chǎng)有關(guān),磁場(chǎng)越強(qiáng),能量越大 C.與加速器的電場(chǎng)有關(guān),電場(chǎng)越強(qiáng),能量越大 D.與帶電粒子的質(zhì)量有關(guān),質(zhì)量越大,能量越大 【答案】B 【名師點(diǎn)睛】回旋加速器 (1)構(gòu)造:如圖所示,D1、D2是半圓金屬盒,D形盒的縫隙處接交流電源.D形盒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中. (2)原理:交流電的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等,粒子在圓周運(yùn)動(dòng)的過程中一次一次地經(jīng)過D形盒縫隙,兩盒間的電勢(shì)差一次一次地反向,粒子就會(huì)被一次一次地加速.由qvB=,得Ekm=,可見粒子獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度和D形盒半徑?jīng)Q定,與加速電壓無關(guān). 3.如圖,某帶電粒子由靜止開始經(jīng)電壓為的電場(chǎng)加速后,射入水平放置、電勢(shì)差為的兩導(dǎo)體板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,帶電粒子沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入,穿過兩板后又垂直于磁感線方向射入邊界線豎直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,則粒子進(jìn)入磁場(chǎng)和射出磁場(chǎng)的M,N兩點(diǎn)間的距離d隨著和的變化情況為(不計(jì)重力,不考慮邊緣效應(yīng)): ( ) A.d隨變化,d隨變化 B. d隨變化,d與無關(guān) C.d與無關(guān),d與無關(guān) D.d與無關(guān),d隨變化 【答案】B 【名師點(diǎn)睛】帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)類題目關(guān)鍵在于確定圓心和半徑,然后由向心力公式即可確定半徑公式,由幾何關(guān)系即可求解。 4.在高能粒子研究中,往往要把一束含有大量質(zhì)子和粒子的混合粒子分離開,如圖初速度可忽略的質(zhì)子和粒子,經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加速后,進(jìn)入分離區(qū),如果在分離區(qū)使用勻強(qiáng)電場(chǎng)或勻強(qiáng)磁場(chǎng)把粒子進(jìn)行分離,所加磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,所加電場(chǎng)方向豎直向下,則下列可行的方法是: ( ) A.電場(chǎng)和磁場(chǎng)都不可以 B.電場(chǎng)和磁場(chǎng)都可以 C.只能用電場(chǎng) D.只能用磁場(chǎng) 【答案】D 【解析】在加速電場(chǎng)中,由動(dòng)能定理得: ,若分離區(qū)加豎直向下的電場(chǎng):設(shè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的寬度為L,則在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)有:沿電場(chǎng)方向,聯(lián)立得粒子在分離區(qū)偏轉(zhuǎn)距離,可知:加速電壓U相同,偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的E和L相同,y相同,所以不能將質(zhì)子和α粒子進(jìn)行分離;若分離區(qū)加垂直紙面向里的磁場(chǎng):粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí),軌跡半徑,由于質(zhì)子和粒子的比荷不同,運(yùn)動(dòng)的半徑也不同,所以能將兩種粒子分離.故ACB錯(cuò)誤,D正確。 【名師點(diǎn)睛】解答本題的關(guān)鍵是知道偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)區(qū)分粒子的原理,帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中將做類平拋運(yùn)動(dòng),根據(jù)打到下接板的位置區(qū)分帶電粒子,而偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是根據(jù)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑不同區(qū)分的。 5.如圖所示為一種獲得高能粒子的裝置——環(huán)形加速器,環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子在環(huán)中做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)。A、B為兩塊中心開有小孔的極板,原來電勢(shì)都為零,每當(dāng)粒子飛經(jīng)A板時(shí),A板電勢(shì)升高為+U,B板電勢(shì)仍保持為零,粒子在兩極板間的電場(chǎng)中加速。每當(dāng)粒子離開電場(chǎng)區(qū)域時(shí),A板電勢(shì)又降為零,粒子在電場(chǎng)一次次加速下動(dòng)能不斷增大,而在環(huán)形區(qū)域內(nèi)繞行半徑不變(設(shè)極板間距遠(yuǎn)小于R)。下列關(guān)于環(huán)形加速器的說法中正確的是: ( ) A.環(huán)形區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小Bn與加速次數(shù)n之間的關(guān)系為= B.環(huán)形區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小Bn與加速次數(shù)n之間的關(guān)系為= C.A、B板之間的電壓可以始終保持不變 D.粒子每次繞行一圈所需的時(shí)間tn與加速次數(shù)n之間的關(guān)系為= 【答案】B 【名師點(diǎn)睛】此題考查帶電粒子在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)問題,電場(chǎng)力做功從而獲得動(dòng)能,掌握動(dòng)能定理、牛頓第二定律與向心力公式的應(yīng)用,掌握粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期公式,及運(yùn)用數(shù)學(xué)的通項(xiàng)式;此題不僅考查物理基本規(guī)律的運(yùn)用,也考查數(shù)學(xué)計(jì)算能力. 6.如圖所示,水平放置兩平行金屬極板間有一垂直于極板的勻強(qiáng)電場(chǎng),板長為L,板間距離為d,在板右端L處有一豎直放置的光屏M。一帶電量為q、質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)從兩板中央平行于極板方向射入板間,最后垂直打在M屏上,則: ( ) A.質(zhì)點(diǎn)入射時(shí)的動(dòng)能小于打到屏上時(shí)的動(dòng)能 B.板間電場(chǎng)強(qiáng)度大小為mg/q C.質(zhì)點(diǎn)在板間運(yùn)動(dòng)的加速度大小為g,方向豎直向上 D.質(zhì)點(diǎn)在板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間大于它從板的右端運(yùn)動(dòng)到光屏M的時(shí)間 【答案】C 【名師點(diǎn)睛】帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的分析思路 1.正確的受力分析 除重力、彈力和摩擦力外,要特別注意電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的分析. 2.正確分析物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 找出物體的速度、位置及其變化特點(diǎn),分析運(yùn)動(dòng)過程.如果出現(xiàn)臨界狀態(tài),要分析臨界條件 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做什么運(yùn)動(dòng),取決于帶電粒子的受力情況. (1)當(dāng)粒子在復(fù)合場(chǎng)內(nèi)所受合力為零時(shí),做勻速直線運(yùn)動(dòng)(如速度選擇器). (2)當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場(chǎng)力等值反向,洛倫茲力提供向心力時(shí),帶電粒子在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng). 7.如圖所示,一平行板電容器,右極板接電源正極,板長為2d,板間距離為d。一帶電量為q、質(zhì)量為m的負(fù)離子(重力不計(jì))以速度貼近左極板沿極板方向射入,恰從右極板下邊緣射出。在右極板右側(cè)空間存在垂直紙面方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(未標(biāo)出)。要使該負(fù)離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)后,又恰能直接從右極板上邊緣進(jìn)入電場(chǎng),則: ( ) A.磁場(chǎng)方向垂直紙面向里 B.磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,向里都有可能 C.磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 D.在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 【答案】C 【解析】粒子在電場(chǎng)中做類似平拋運(yùn)動(dòng),離開電場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌跡如圖 【名師點(diǎn)睛】帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題,首先要運(yùn)用動(dòng)力學(xué)方法分析清楚粒子的運(yùn)動(dòng)情況,再選擇合適方法處理.對(duì)于勻變速曲線運(yùn)動(dòng),常常運(yùn)用運(yùn)動(dòng)的分解法,將其分解為兩個(gè)直線的合成,由牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合求解;對(duì)于磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng),要正確畫出軌跡,由幾何知識(shí)求解半徑。 8.如圖所示,有一個(gè)半徑為R=1.0m的圓形區(qū)域,區(qū)域外有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為,一個(gè)比荷為的帶正電粒子從中空區(qū)域與磁場(chǎng)交界面的P點(diǎn)以速度沿圓的半徑方向射入磁場(chǎng)(不計(jì)帶電粒子的重力),該粒子從P點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)到第一次回到P點(diǎn)所需要的時(shí)間是: ( ) A. B. C.. D. 【答案】A 【解析】 設(shè)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r,洛倫茲力提供向心力,有,可得,作軌跡如下圖所示: 【名師點(diǎn)睛】帶電粒子在有圓形邊界的磁場(chǎng)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的問題,畫出軌跡,根據(jù)幾何知識(shí)分析臨界條件,求半徑和圓心角是常用的方法,同時(shí)結(jié)合對(duì)稱性的軌跡特點(diǎn). 9.下圖甲是回旋加速器的工作原理圖.D1和D2是兩個(gè)中空的半圓金屬盒,它們之間有一定的電勢(shì)差,A處的粒子源產(chǎn)生的帶電粒子,在兩盒之間被電場(chǎng)加速.兩半圓盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,所以粒子在半圓盒中做勻速圓周運(yùn)動(dòng).若帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示,不計(jì)帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間,不考慮由相對(duì)論效應(yīng)帶來的影響,下列判斷正確的是: ( ) A.在Ek-t圖中應(yīng)該有tn+1-tn=tn-tn-1 B.在Ek-t圖中應(yīng)該有tn+1-tn- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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