2019年高考物理双基突破:专题23-带电粒子在复合场中的运动(精练)含答案解析
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1、1 (多选)如图所示,空间中存在正交的匀强电场 E(方向水平向右)和匀强磁场 B(方向垂直纸面向外) ,在竖直平面内从 a 点沿 ab、ac 方向抛出两带电小球(不考虑两带电小球的相互作用,两小球电荷量始终不变) ,关于小球的运动,下列说法正确的是A沿 ab、ac 方向抛出的带电小球都可能做直线运动B只有沿 ab 方向抛出的带电小球 才可能做直线运动C若沿 ac 方向抛出的小球做直线运动则小球带负电,且小球一定是做匀速运动D两小球在运动过程中机械能均守恒【答案】AC2如图所示装置为速度选择器,平行金属板间有相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向上,磁场方向垂直纸面向外,带电粒子均以垂直电
2、场和磁场的速度射入且都能从另一侧射出,不计粒子重力,以下说法正确的A若带正电粒子以速度 v 从 O 点射入能沿直线 OO射出,则带负电粒子以速度 v 从 O点射入能沿直线 OO 射出B若带正电粒子以速度 v 从 O 点射入,离开时动能增加,则带负电粒子以速度 v 从 O 点射入,离开时动能减少C若氘核( H)和氦核( He)以相同速度从 O 点射入,则一定能以相同速度从同一位置射出21 42D若氘核( H)和氦核( He)以相同速度从 O 点射入,则一定能以相同速度从不同位置射出21 42【答案】C【解析】带负电粒子以速度 v 从 O点射入时,电场力和洛伦兹力方向均向下,进入复合场后向下做曲线
3、运动,不可能沿直线 OO 射出,选项 A 错误;若带正电粒子以速度 v 从 O 点射入,离开时动能增加,说明正粒子在 O 点处竖直向下的洛伦兹力小于竖直向上的电场力,粒子向虚线上方做曲线运动,射出时,电场力做正功,洛伦兹力不做功,动能增加,带负电粒子以 速度 v 从 O 点射入时,电场力竖直向下,洛伦兹力竖直向上,但是电场力大于洛伦兹力,粒子向下做曲线运动,射出时,电场力 做正功,洛伦兹力不做功,动能增加,选项 B 错误;带正电粒子从 O 点以速度 v 射入时,F 电 Eq,F 洛 Bvq,取电场力方向为正方向,则加速度 a ,氘核( H)和氦核( He)的比荷 相等,所以选项F合m F电 F
4、洛m E Bvqm 21 42 qmC 正确, D 错误。 8如图所示,在坐标系 xOy 的第一象限内斜线 OC 的上方存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为 B,第四象限内存在磁感应强度大小未知、方向垂直纸面向里的匀强磁场,第三象限内存在沿 y 轴负方向的匀强电场,在 x 轴负半轴上有一接收屏 GD,GD2OD d,现有一带电粒子,不计重力。从 y 轴上的 A 点,以初速度 v0 水平向右垂直射入匀强磁场,恰好垂直 OC 射出,并从 x 轴上的 P 点(未画出)进入第四象限内的匀强磁场,粒子经磁场偏转后又垂直 y 轴进入匀强电场并被接收屏接收,已知 OC 与 x 轴的夹角为 37, OA
5、d,求:45(1)粒子的电性及比荷 ;qm(2)第四象限内匀强磁场的磁感应强度 B的大小;(3)第三象限内匀强电场的电场强度 E 的大小范围。【答案】 (1) (2) (3) E5v04Bd 16B25 64Bv045 64Bv05(3)粒子在匀强电场中做类平抛运动,由图知 OQrrsin 372d当电场强度 E 较大时,粒子击中 D 点,由类平抛运动规律知 v 0t 2d t2d2 12qEmaxm联立得 Emax64Bv05当电场强度 E 较小时,粒子击中 G 点,由类平抛运动规律知 v 0t 2d t23d2 12qEminm联立得 Emin64Bv045所以 E 64Bv045 64B
6、v059在如图所示的竖直平面内,水平轨道 CD 和倾斜轨道 GH 与半径 r m 的光滑圆弧轨道分别相切944于 D 点和 G 点,GH 与水平面的夹角 37 。过 G 点、垂直于纸面的竖直平面左侧有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强度 B1.25 T;过 D 点、垂直于纸面的竖直平面右侧有匀强电场,电场方向水平向右,电场强度 E110 4 N/C。小物体 P1 质量 m 2103 kg、电荷量 q810 6 C,受到水平向右的推力 F9.9810 3 N 的作用,沿 CD 向右做匀速直线运动,到达 D 点后撤去推力。当 P1 到达倾斜轨道底端 G 点时,不带电的小物体 P2 在 GH
7、 顶端静止释放,经过时间 t0.1 s 与 P1 相遇。P 1 和 P2 与轨道CD、GH 间的动摩擦因数均为 0.5,取 g10 m/s2,sin 370.6,cos 370.8,物体电荷量保持不变,不计空气阻力。求:(1)小物体 P1 在水平轨道 CD 上运动速度 v 的大小;(2)倾斜轨道 GH 的长度 s。【答案】 (1)4 m/s (2)0.56 mf(mgF 1) 由题意,水平方向合力为零 Ff 0 联立式,代入数据解得 v4 m/s (2)设 P1 在 G 点的速度大小为 vG,由于洛伦兹力不做功,根据动能定理qErsin mgr(1cos ) mv mv2 12 2G 12P1
8、 在 GH 上运动,受到重力、电场力和摩擦力的作用,设加速度为 a1,根据牛顿第二定律qEcos mgsin (mgcos qE sin )ma 1 P1 与 P2 在 GH 上相遇时,设 P1 在 GH 上运动的距离为 s1,则 s1v Gt a1t2 12设 P2 质量为 m2,在 GH 上运动的加速度为 a2,则 m2gsin m 2gcos m 2a2 P1 与 P2 在 GH 上相遇时,设 P2 在 GH 上运动的距离为 s2,则 s2 a2t212联立式,代入数据得 ss 1s 2 s0.56 m10一束硼离子以不同的初速度,沿水平方向经过速度选择器,从 O 点进入方向垂直纸面向外
9、的匀强偏转磁场区域,分两束垂直打在 O 点正下方的硼离子探测板上 P1 和 P2 点,测得 OP1OP 223,如图甲所示。速度选择器中匀强电场的电场强度为 E,匀强磁场的磁感应强度为 B1,偏转磁场的磁感应强度为B2,若撤去探测板,在 O 点右侧的磁场区域中放置云雾室,硼离子运动轨迹如图乙所示。设硼离子在云雾室中运动时受到的阻力 Ffkq,式中 k 为常数,q 为硼离子的电荷量。不计硼离子重力。求:(1)硼离子从 O 点射出时的速度大小;(2)两束硼离子的电荷量之比;(3)两种硼离子在云雾室里运动的路程之比。【答案】 (1) (2)32 (3)23EB1(2)设到达 P1 点的硼离子的电荷量
10、为 q1,到达 P2 点的硼离子的电荷量为 q2进入磁场后有 qvB2mv2r解得 rmvqB2根据题意有 r1r2 23进入偏转磁场的硼离子的质量相同、速度相同,可得 。q1q2 r2r1 32(3)设电荷量为 q1 的硼离子运动路程为 s1,电荷量为 q2 的硼离子运动路程为 s2,在云雾室内硼离子受到的阻力始终与速度方向相反,阻力一直做负功,洛伦兹力不做功,则有 WF fsE k Ffkq可得: 。s1s2 q2q1 2311如图所示,粒子源能放出初速度为 0,比荷均为 1.610 4 C/kg 的带负电粒子,进入水平方向的qm加速电场中,加速后的粒子正好能沿圆心方向垂直进入一个半径为
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