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带电粒子在场中的运动专题训练.doc

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带电粒子在场中的运动专题训练仙桃中学 高三物理组 刘四胜 命题说明:本试卷共 4 页,共 120 分。考试时间 120 分钟。二 三 总分题号 一13 14 15 16 17 18 19分数一、本题共 12 小题,每小题 4 分,共 48 分。在每小题给出的四个选项中,有的小题只有一个选项是正确的,有的小题有多个选项是正确的。全部选对的得 4 分,选对但不全的得2分,有选错或不答的得0分。把你认为正确答案的代表字母填写在题后的括号内。1.下列说法中正确的是( )A.若电荷在某处不受电场力作用,则该处电场强度一定为零B.若电荷在某处不受磁场力作用,则该处的磁感应强度一定为零C.将通电导体置于匀强磁场中,若导体长度和电流大小一定,那么导体所受的安培力大小也是一定D.在磁感应强度为 B 的匀强磁场中,长为 L、电流为 I 的通电直导线所受到的安培力的大小,介于零(含零)和 BIL(含 BIL)之间2、1930 年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,这台加速器由两个铜质 D 形盒构成,其间留有空隙。下列说法正确的是:( )A.离子由加速器的中心附近进入加速器 B.离子由加速器的边缘进入加速器C.离子从磁场中获得能量 D.离子从电场中获得能量3、用细线悬挂一个质量为 m,带正电的小球,置于如图所示的匀强磁场中。当小球偏离竖直方向在垂直于磁场方向摆动时,如果细线始终绷紧,不计空气阻力,则前后两次通过最低点时相比较,相同的物理量是:( )A.小球受到的洛伦兹力 B.小球的加速度C.悬线的拉力 D.小球的动能4.(改编题)图中 K、L、M 为静电场中的 3 个相距很近的等势面(K、M 之间无电荷) 。一带电粒子射入此静电场中后,依 abcde 轨迹运动。已知电势K< L< M,且粒子在 ab 段做减速运动。下列说法中正确的是( )A.粒子带负电B.粒子在 bc 段也做减速率运动C.粒子在 a 点与 e 点的速度相同D.粒子从 c 点到 d 点的过程中电势能增加5.(改编题)如图所示,一质子(氢原子核)和一个 α 粒子(氦原子核)从 a 点同时以相同的动能沿垂直于磁场边界且垂直于磁场方向射入宽度为 d 的有界磁场中,并都能从磁场右边界射出,则以下说法正确的是 ( )A.质子先射出磁场区域B.α 粒子先射出磁场区域C.质子在磁场中运动的路程长D.α 粒子在磁场中运动的路程长6.一个质子在匀强磁场和匀强电场中运动时,动能保持不变,已知磁场方向水平向右,则质子的运动方向和电场方向可能是(质子的重力不计) ( )A.质子向右运动,电场方向竖直向上K L M a b c d e B.质子向右运动,电场方向竖直向下C.质子向上运动,电场方向垂直纸面向里D.质子向上运动,电场方向垂直面向外7.(改编题)虚线框内存在着匀强电场(方向未知) ,有一正电荷(重力不计)从 bc 边上的 M点以速度 v0 射进电场内,最后从 cd 边上的 Q 点射出电场,下列说法正确的是 ( )A.电场力一定对电荷做了正功B.电场方向可能垂直 ab 边向右C.电荷运动的轨迹一定是一段抛物线D.电荷在运动过程中的动能可能先减小后增加8.(原创题)如图所示,两导体板水平放置,两板间电势差为 U, 带电粒子以某一初速度 v0 沿平行于两板的方向从两板正中间射入,穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场,则:粒子射入磁场和射出磁场的 M、N 两点间的距离d 随着 U 和 v0 的变化情况为( )A、d 随 v0 增大而增大,d 与 U 无关 B、d 随 v0 增大而增大,d 随 U 增大而增大C、d 随 U 增大而增大,d 与 v0 无关 D、d 随 v0 增大而增大,d 随 U 增大而减小9.(改编题)如图所示圆柱形区域的横截面。在没有磁场的情况下,带电粒子(不计重力)以某一初速度沿截面直径方向人射时,穿过此区域的时间为 t;若该区域加沿轴线方向的匀强磁场,磁感应强度为 B,带电粒子仍以同一初速度沿截面直径入射,粒子飞出此区域时,速度方向偏转了 3,根据上述条件可求得的物理量为( )A.带电粒子的初速度 B.带电粒子在磁场中运动的半径C.带电粒子在磁场中运动的周期 D.带电粒子的比荷10.(改编题)如图所示,在第一象限的abcO范围内存在沿 x正向的匀强电场,质量为m 、电量为q的带电粒子,从原点O 点以与x轴成θ角的初速度v 0射入电场中,飞出电场时速度恰好沿y 轴的正方向.不计粒子的重力,则( )A.粒子穿过电场的过程中,电场力对粒子的冲量的大小是m v0cosθ,方 向沿 y轴负方向B.粒子射出电场时速度大小为v 0sinθC.粒子穿过电场的过程中,电场力做功 201cosvD.粒子穿过电场的过程中,电势能减小 m11、 (原创题)在 x 轴上方有垂直于纸面的匀强磁场,同一种带电粒子从 O 点射入磁场。当入射方向与 x 轴的夹角 α= 45°时,速度为 v1、v 2 的两个粒子分别从a、b 两点射出磁场,如图所示。当 α为 60°时,为了使粒子从 ab的中点 c 射出磁场,则速度应为 ( )A. B. )(212v221vC. D.31 )(612. (改编题)一个质量为 m、电荷量为+ q 的小球以初速度 v0 水平抛出,在小球经过的竖直平面内,存在着若干个如图所示的无电场区和有理想上下边界的匀强电场区,两区域相互间隔、竖直高度相等,电场区水平方向无限长,已知每一电场区的v0MQ••ab cdv0第一无电场区第二无电场区E第一电场区E第二电场区v0OExyθ cbav0MNB场强大小相等、方向均竖直向上,不计空气阻力,下列说法正确的是( )A.小球在水平方向一直作匀速直线运动B.若场强大小等于 ,则小球经过每一电场区的电场力的冲量均相同mgqC.若场强大小等于 ,则小球经过每一电场区的动量变化均相同2D.无论场强大小如何,小球通过所有无电场区的动量增量和和动能增量均相同备用 1.(原创题)正方形 abcd 区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,O 点是 cd 的中点。一带正电的粒子重力忽略 不计,若从 O 点沿纸面一垂直于 cd 边的速度射入正方形内,经过时间 t0 刚好从 c 点射出磁场,现设法使该粒子从 o 点沿纸面以与 Od 成 300, 的方向,以各种不同的速率射入正方形内,那么下列说法正确的是:( )A.该带电粒子有可能刚好从正方形的某个顶点射出磁场B.若该带电粒子从 ab 边射出磁场,它在磁场中经历的时间可能是 toC.若该带电粒子从 bc 边射出磁场,它在磁场中经历的时间可能是 3 to /2D.若该带电粒子从 cd 边射出磁场,它在磁场中经历的时间可能是 5 to/3备用 2.( 改编题) 如图所示,在同时存在匀强电场和匀强磁场的空间中取正交坐标系Oxyz(z 轴正方向竖直向上) ,一质量为 m、电荷量为 q 的带正电粒子(重力不能忽略)从原点 O 以速度 v 沿 x 轴正方向出发。下列说法正确的是:A.若电场、磁场分别沿 z 轴正方向和 x 轴正方向,粒子只能做曲线运动B.若电场、磁场均沿 z 轴正方向,粒子有可能做匀速圆周运动C.若电场、磁场分别沿 z 轴负方向和 y 轴负方向,粒子有可能匀速直线运动D.若电场、磁场分别沿 y 轴负方向和 z 轴正方向,粒子有可能做平抛运动备用 3. (改编题) 如图所示,有小孔的小球质量为 m 电荷为+q,以初速度 v 向右滑入足够长的水平绝缘杆,水平匀强磁场方向垂直于纸面向里,球与杆间的动摩擦因数为 μ 。则小球在杆上滑行的全过程动能的减少量可能是:( ) A.0 B. C. D. 21mv2Bqg221Bqgv二、本题共 2 小题,共 18 分。把答案填在题中的横线上。13.(改编题)质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具.它的构造原理如图所示,离子源 S 产生带电量为 q 的某种正离子,离子产生出时的速度很小,可以看作是静止的,离子经过电压 U 加速后形成离子束流,然后垂直于磁场方向进入磁感应强度为 B 的匀强磁场,沿着半圆周运动而到达记录它的照相底片 P 上.实验测得:它在 P 上的位置到入口处 S1 的距离为 a,离子束流的电流为 I.请回答下列问题:(1)在时间 t 内射到照相底片 P 上的离子的数目为________.(4 分)(2)单位时间穿过入口处 S1 离子束流的能量为________.(4 分)(3)试求这种离子的质量为 .(4 分)abcdo Ovxyzv14.(原创题).图中虚线为相邻两个匀强磁场区域 1 和 2 的边界,磁场方向都垂直于纸面向里。区域 1 的磁感应强度的大小为 B,区域 2 的磁感应强度的大小为 B。两个区域的宽度23都是 L。一质量为 m,电量为+ q 的粒子,沿垂直于区域1 的边界的方向,从区域 1 的边界上的 P 点射入区域 1 并进入区域 2,最后恰未能穿出区域 2。则此带电粒子的速度等于 (不计重力) (6 分)备用 1(改编题).如图所示,水平放置的两块带电金属板 a、 b 平行正对。极板长度为 l,板间距也为 l,板间存在着方向竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里磁感强度为 B 的匀强磁场。假设电场、磁场只存在于两板间的空间区域。一质量为 m 的带电荷量为 q 的粒子(不计重力及空气阻力) ,以水平速度 v0从两极板的左端中间射入场区,恰好做匀速直线运动。求:(1)金属板 a、b 间电压 U 的大小_____ (2)若仅将匀强磁场的磁感应强度变为原来的 2 倍,粒子将击中上极板,求粒子运动到达上极板时的动能大小 (3)若撤去电场,粒子能飞出场区,求m、 v0、 q、 B、 l 满足的关系_______ (4)若满足(3)中条件,粒子在场区运动的最长时间_____ 备用 2(改编题)如图所示,横截面为矩形的管道中,充满了水银,管道的上下两壁为绝缘板,左右两壁为导体板, (图中斜线部分) ,两导体板被一无电阻的导线短接。管道的高度为 ,宽度为 ,长度为 。加在管道两端截面上的压强abc差恒为 ,水银以速度 沿管道方向流动时,水银受到管道的阻力 与速度成pv f正比,即 ( 为已知量) 。则(1)水银的稳定速度 为 fk 1v(2)如果将管道置于一匀强磁场中,磁场与绝缘壁垂直,磁感应强度的大小为 ,B方向向上,此时水银的稳定流速 又为 (已知水银的电阻率为 ,磁场2v 只存在于管道所在的区域,不考虑管道两端之外的水银对电路的影响)三、本题包括 5 小题,共 54 分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。15. (10 分)带电粒子以速度 v沿 CB方向射人—横截面为正方形的区域, C、 B均为该正方形两边的中点,如图所示,不计粒子的重力。当区域内有竖直方向的匀强电场 E时,粒子从 A点飞出,所用时间为 1t;当区域内有垂直纸面向里的磁场感应强度为 B的匀强磁场时,粒子也从 A点飞出,所用时间为 2t, (1)试分析 1t与 2的大小关系(2)试确定 E与 B的比值大小16、 (10 分)如图所示,固定在水平面上的斜面倾角为 α,磁感应强度为 B 的匀v0EBbaqllP45°强磁场垂直于斜面指向上。将质量为 m、带电量为+ q 的滑块轻轻放置在斜面上,求滑块稳定滑动时速度的大小和方向?(斜面与滑块之间的动摩擦因数 )tan17、 (12 分)如图所示,空间同时存在沿 y 轴负方向的匀强磁场B 和沿 z 轴负方向的匀强电场 E,质量为 m、电荷量为 q 的带正电的粒子(重力不计)从 O 点静止释放。求(1)粒子在运动的过程中沿 z 轴的最大位移和速度(2)粒子能否再次回到 x 轴,若不能是说明理由;若能,试求与 O 点的距离18. (10 分)如图,在某个空间内有一个水平方向的匀强电场,电场强度 ,103/EVm又有一个与电场垂直的水平方向匀强磁场,磁感强度 B= 10T。现有一个质量 m=2×10 -6kg、带电量 q=2×10 -6C 的微粒,在这个电场和磁场叠加的空间作匀速直线运动。假如在这个微粒经过某条电场线时突然撤去磁场,那么,当它再次经过同一条电场线时,微粒在电场线方向上移过了多大距离。 (g取 10m/S 2)19.(原创题) (12 分)在 xoy 坐标平面的第一象限内,有一个匀强磁场,磁感应强度 B=2×10-6T,方向垂直于 xoy 坐标平面,且随时间周期性变化,如图所示,规定垂直 xoy 坐标平面向里的方向为正,一个荷质比 q/m=1.51×107C/㎏的带正电的粒子,在 t=0 时刻从坐标原点一初速度 v0=30m/s 沿 x 轴正方向射入该磁场,不计重力影响,经过一个磁场变化周期 T,粒子到达第一象限内的某一点 P,且速度方向仍沿 x 轴的正方向。求:(1)若 OP 连线与 x 轴之间的夹角为 450,求磁场变化的周期大小为多少?Oyzx(2)若 P 的位置随着磁场的周期变化,试求 P 的纵坐标的最大值为多少?备用 1.(改编题)如图所示,磁感应强度大小为 B, 方向垂直纸面向里的匀强磁场分布在半径为 R 的圆形区域内,圆的左端跟 y轴相切于直角坐标系原点 O,右端跟荧光屏 MN 相切于 x 轴上的 A 点。置于原点 O 的粒子源比荷为 μ,可沿 x 轴正方向射出速度 v0=2μBR 的带正电粒子流,粒子重力不计。现以过O 点并垂直于纸面的直线为轴,将圆形磁场逆时针缓慢旋转,求此过程中粒子打在荧光屏上的范围。 (最后结果只能9用 R 表示)备用 2(改编题) .如图所示,在同时存在匀强电场和匀强磁场的空间中取正交坐标系 Oxyz( x 轴正方向水平向右, y 轴正方向竖直向上) .匀强磁场方向与 Oxy 平面平行,且与 x 轴的夹角为 ,重力加速度为 g.45(1)一质量为 m、电荷量为 的带电质点沿平行于 z 轴正方向以速度 v0做匀速直线运q动,求满足条件的电场强度的最小值 及对应的磁感应强度 ;minEB(2)在满足(1)的条件下,当带电质点通过 y 轴上的点 时,撤去匀强磁场,(,)Ph求带电质点落在 Oxz 平面内的位置;(3)当带电质点沿平行于 z 轴负方向以速度 v0通过 y 轴上的点 时,改变电0,场强度大小和方向,同时改变磁感应强度的大小,要使带点质点做匀速圆周运动且能够经过 x 轴,问电场强度 E 和磁感应强度 B 大小满足什么条件?oB0-B0yT 2TOPyxyoMNxxzOPyv0B
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