2021届高考物理一轮复习电磁学专项特训(8)带电粒子在复合场中的运动

1.答案：D
参考答案
解析：当粒子所受的洛伦兹力和电场力平衡时，粒子流匀速直线通过该区域，有 qvB＝qE ， 所以 E＝Bv 。假设粒子带正电，则受向下的洛伦兹力，电场方向应该向上。粒子带负电 时，电场方向仍应向上。故正确答案为 D。
2.答案：A
解析：离子在磁场 B2 中发生偏转,知离子带正电.在速度选择器中,有 qE=qvB 可得 v=E/B, 只有速度满足一定值的离子才能通过速度选择器.因 va vb = vc vd 。,所以只有 b、c 两离子能通过速度选择器.a 的速度小于 b 的速度,所以 a 所受的电场力大于洛伦兹力,a 向 P,板偏转,故 A 正确,B 错误.只有 b、c 两离子能通过速度选择器进人磁场队,根据 r=mn/qB2 知质量大的半径大,知射向 A1 的是 b 离子,射向 A2 的是 C 离子.C、D 错误.
q2 q1
=
1 1
，其中
B2
= 12B1 ，
q1
=
q2 ，可得
m2 m1
= 144 ,故选
D.
4.答案：B
解析：A. 粒子从左射入,不论带正电还是负电,电场力大小为 qE,洛伦兹力大小 F = qvB = qE ,二者方向相反,故两个力平衡,速度 v = E ，粒子做匀速直线运动。故 A 错误，
B
A.上板为正极,电流 I = Bdvab Rad + d
B.上板为负极,电流 I = Bvad 2
Rad + b
C.下板为正极,电流 I = Bdvab Rad + d
D.下板为负极,电流 I = Bvad 2
Rad + b
7.如图所示为磁流体发电机的示意图。平行金属板 A、C 间有垂直于纸面向外的匀强磁场, 磁场的磁感应强度大小为 B,两板间距离为 d,两板间连接有理想电流表和定值电阻 R。等 离子体以一定的速度 v0 平行金属板、垂直于磁场射入两板间,电路稳定时电流表的示数 为 I,则下列说法正确的是( )
A．交变电压 u 的最大值越大，质子射出加速器的速度也越大 Rvm
B．磁场的磁感应强度大小为 k
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C．此加速器可以直接用来加速氘核 D．若此加速器中磁场的磁感应强度加倍，就可用来加速氘核 10.如图所示,某种带电粒子由静止开始经电压为U1 的电场加速后,射入水平放置、电势差 为U2 的两导体板间的匀强电场中,带电粒子沿平行于两板的方向由两板正中间射入,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中,则粒子进入磁场和射出磁场 的 M,N 两点间的距离 d 随着 U1 和U2 的,变化情况为(不计重力,不考虑边缘效应)( )
正确;发电机的电动势 E = Bdv0 ,与两金属板的正对面积大小无关,D 错误。
8.答案：D
解析：根据 qvB
=
m
v2 R
得，最大速度 v
=
qBR m
，则最大动能
EKm
=
1 mv2 2
=
q2B2R2 2m
，知最大动
能和金属盒的半径以及磁感应强度有关，与加速的次数、交流电的频率和加速电压的大
小无关，故 D 正确，ABC 错误。
(1)求匀强磁场的磁感应强度 B 的大小; (2)求 P3+ 在磁场中转过的角度 φ。 14.如图所示为 xOy 平面直角坐标系，在 x = a 处有一平行于 y 轴的直线 MN ，在 x = 4a 处 放置一平行于 y 轴的荧光屏，荧光屏与 x 轴交点为 Q，在第一象限内直线 MN 与荧光屏
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13.芯片的基础工作在于半导体的工艺。如图所示,在半导体离子注入工艺中,初速度可忽 略的磷离子 P+ 和 P3+ ,经电压为 U 的电场加速后,垂直进入方向垂直纸面向里、宽度为 D 的匀强磁场区域,其中离子 P+ 在磁场中转过 = 30° 后从磁场右边界射出。已知 P+ 和 P3+ 的质量均为 m,而电量分别为 e 和 3e (e 表示元电荷)。
A.加速的次数 C.交流电的频率
B.加速电压的大小 D.匀强磁场的磁感应强度
9.1930 年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，此加速器由两个半 径均为 R 的铜质 D 形盒 D1、D2 构成，其间留有空隙。比荷为 k 的质子由加速器的中心
1 附近飘入加速器，以最大速度 vm 射出加速器。氘核的比荷是质子比荷的 2 ，下列说法 正确的是（ ）
qv0 B
=
qU d
,发电机的电动势
E
=U
=
Bdv0
,设发电机的内阻为
r,电路闭合且稳定时,根据闭
合电路欧姆定律有
I
=
Bdv0 R+r
,即
Bdv0
=
I (R
+
r)
,A
错误;根据左手定则可知,金属板
C
为电源
的正极,因此电阻 R 中的电流方向为从 b 到 a,B 错误;此发电机的总功率 P = IE = BIdv0 ,C
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A．从小孔 S 进入磁场的粒子速度大小一定相等 B．从小孔 S 进入磁场的粒子动能一定相等 C．打到胶片上同一点的粒子速度大小一定相等 D．打到胶片上位置距离 O 点越远的粒子，比荷越小 6.磁流体发电的原理如图所示。将一束速度为 v 的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应 强度为 B 的匀强磁场中,在相距为 d、宽为 a、长为 b 的两平行金属板间便产生电压。如 果把上下极板和电阻 R 连接,上、下板就是一个直流电源的两极。若稳定时等离子体在 两板间均匀分布,电阻率为 ρ。忽略边缘效应,下列判断正确的是( )
A.大小为 B/v,粒子带正电时,方向向上 B.大小为 B/v,粒子带负电时,方向向上 C.大小为 Bv,方向向下,与粒子带何种电荷无关 D.大小为 Bv,方向向上,与粒子带何种电荷无关 2.如图所示,有 a、b、c、d 四种离子,它们带等量同种电荷,质量不等,且 ma=mb<mc=md,以 不等的速率 va<vb=vc<vd 进入速度选择器后,有两种从速度选择器中射出,进入 B2 磁场,由 此可判定( )
之间存在沿 y 轴负方向的匀强电场。原点 O 处放置一带电粒子发射装置，它可以连续
不断地发射同种初速度大小为 v0 的带正电粒子，调节坐标原点处的带电粒子发射装置， 使其在 xOy 平面内沿不同方向将带电粒子射入第一象限(速度与 x 轴正方向间的夹角为
0 π )。若在第一象限内直线 MN 的左侧加一垂直 xOy 平面向外的匀强磁场，这些带
从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的 12 倍.此离子和质子的质量比约为 ()
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A.11
B.12
C.121
D. 144
4.如图所示是速度选择器的原理图,已知电场强度为 E、磁感应强度为 B 并相互垂直分布, 某一带电粒子(重力不计)沿图中虚线水平通过。则该带电粒子( )
A.一定带正电 B.速度大小为 E
3.答案：D
解析：由动能定理得 qU = 1 mv2 ,可得带电粒子进入磁场时的速度为 v = 2qU ，又带电
2
m
粒子在磁场中运动的轨迹半径 R = mv ,联立可得 R = 1 2mU ，由题意可知，该离子与
Bq
Bq
质子在磁场中具有相同的轨迹半径和电荷量，故 R1 = B2 R2 B1
m1 m2
2
电粒子穿过该磁场后都能垂直直线对 MN 进入电场。已知匀强磁场的磁感应强度大小为
B，带电粒子的比荷
q m
=
v0 Ba
，电场强度大小
E
=
1 2
Bv0
，不计带电粒子重力，求：
(1)粒子从发射到到达荧光屏的最长时间; (2)符合条件的磁场区域的最小面积； (3)粒子打到荧光屏上距 Q 点的最远距离。
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A.发电机的电动势为 IR B.定值电阻中的电流方向由 a 到 b C.此发电机的总功率为 P = BIdv0 D.增大两金属板的正对面积可增大发电机的电动势 8.如图所示，回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的装置。其核心部分是 两个“ D ”型金属盒，置于匀强磁场中，两盒分别与高频交流电源相连。则带电粒子获得 的最大动能与下列哪些因素有关( )
2021届高考物理一轮复习电磁学专项特训（8） 带电粒子在复合场中的运动
1.如图所示为一速度选择器,内有一磁感应强度为 B,方向垂直纸面向外的匀强磁场,一束 粒子流以速度 v 水平射入,为使粒子流经磁场时不偏转(不计重力)。则磁场区域内必须同 时存在一个匀强电场,关于电场场强大小和方向的说法中正确的是( )
(1)电场强度 E 的大小；
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(2)磁感应强度 B 的大小。 12.如图所示，在第一象限内存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直于纸面（ xOy 平面）向 里，在第四象限内存在匀强电场，方向沿 x 轴正方向。在 y 轴正半轴上的某点以与 x 轴 正方向平行、大小为 v0 = 1000 m/s 的速度发射出一带电粒子，该粒子在 (d,0) 点沿垂直于 x 轴的方向进入电场。不计粒子重力。若该粒子离开电场时速度方向与 y 轴负方向的夹角 = 60°，电场强度大小为 150 V/m。求磁感应强度的大小。
因此下极板为电源的正极，根据平衡有 qvB = q E ，解得稳定时电源的电动势 E = Bdv ， d
则流过 R 的电流为 I = E ，而 r = d , S = ab ，则得电流大小为 I = Bdvab ，C 正
R+r
S
abR + d
确．
7.答案：C
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解析：电源的电动势等于开路时电源两端的电压,设此电路开路时两板间的电压为 U,则
C、打到胶片上的位置取决于半径可见打到胶片相同位置的粒子只与比荷有关，因比荷 不相同，则速度也不相同，故 C 错误。
D、由 r 的表达式知，打到胶片上位置距离 O 点越远的粒子，比荷越小，故 D 正确。选： D。
6.答案：C
解析：根据左手定则，正电荷受到的洛伦兹力方向向下，负电荷受到的洛伦兹力向上，
①．在静电分析器中，静电力提供
向心力：Eq＝m ②．在偏转磁场中，洛仑兹力提供向心力 qvB＝m ③，
所以 r＝
A、对粒子加速过程由上述①可求得：v＝ 粒子经过圆形通道后从 S 射出后，速度 不变，与 v 相同，可见比荷不同，速度就不同，A 错误。
B、粒子的动能取决于电量，电量不同动能不同，B 错误。
A.d 随U1 变化,d 与U2 无关 B.d 与U1 无关,d 随U2 变化 C.d 随U1 变化,d 随U2 变化 D.d 与U1 无关,d 与U2 无关 11.如图所示，矩形区域 abcd 以对角线 ac 为边界分为上、下两个区域，对角线上方区域 存在竖直向下的匀强电场，对角线下方区域存在垂直纸面向外的匀强磁场，质量为 m、 带电量为＋q 的粒子以速度 v0 从 a 点沿边界 ab 进入电场，恰好从对角线 ac 的中点 O 进 入磁场，并恰好未从边界 cd 射出。已知 ab 边长为 2L，bc 边长为 3 L，粒子重力不计， 求：
B 正确。 C. 此粒子沿 QP 方向进入时，电场力与洛伦兹力在同一方向，不能做直线运动。故 C 错误；
8到的洛伦兹力大于电场力，使粒子偏转，若为正电荷粒子将
B
向上偏转，若为负电荷粒子向下极板偏转；故 D 错误。 故选：B. 5.答案：D
解析：粒子 PQ 间加速时，由动能定理 Uq＝
A.射向 p1 板的是 a 离子 C.射向 A1 的是 c 离子
B.射向 p2 板的是 b 离子 D.射向 A2 的是 d 离子
3.现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒 定.质子在入口处从静止开始被加速电场加速， 经匀强磁场偏转后从出口离开磁场.若某 种一价正离子 在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍
B
C.可能沿 QP 方向运动 D.若沿 P、Q 方向运动的速度大于 E ,将一定向下极板偏转
B
5.如图所示为某种质谱仪的工作原理示意图。此质谱仪由以下几部分构成：粒子源 N； P、Q 间的加速电场；静电分析器，即中心线半径为 R 的四分之一圆形通道，通道内有 均匀辐向电场，方向沿径向指向圆心 O，且与圆心 O 等距的各点电场强度大小相等； 磁感应强度为 B 的有界匀强磁场，方向垂直纸面向外；胶片 M．由粒子源发出的不同 带电粒子，经加速电场加速后进入静电分析器，某些粒子能沿中心线通过静电分析器并 经过小孔 S 垂直磁场边界进入磁场，最终打到胶片上的某点。粒子从粒子源发出时的初 速度不同，不计粒子所受重力。下列说法中正确的是（ ）