2016届高考物理一轮复习专题三电场和磁场第8讲带电粒子在复合场中的运动提升训练.doc

第8讲　带电粒子在复合 专题提升训练 一、选择题 1.(单选)(2015·大如图1所示，沿直线通过速度选择器的正离子从狭缝S射入磁感应强度为B2的匀强磁场中，偏转后出现的轨迹半径之比为R1∶R2＝1∶2，则下列说法正确的是(　　) 图1 A.离子的速度之比为1∶2 B.离子的电荷量之比为1∶2 C.离子的质量之比为1∶2 D.以上说法都不对 解析　因为两离子能沿直线通过速度选择器，则qvB1＝qE，即v＝，所以两离子的速度相同，选A错误；根据R＝，则∶＝＝，选项B、C错误，故选D。 答案　D 2.(多选)粒子回旋加速器的工作原理如图2所示，置于真空中的D形金属盒的半径为R，两金属盒间的狭缝很小，磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频交流电源的频f，加速电场的电压为U，若中心粒子源处产生的质子质量为m，电荷量为＋e，在加速器中被加速。不考虑相对论效应，则下列说法正确的是(　　) 图2 A.不改变磁感应强度B和交流电的频率f，该加速器也可加速α粒子 B.加速的粒子获得的最大动能随加速电场的电压U增大而增大 C.质子被加速后的最大速度不能超过2πRf D.质子第二次和第一次经过D形盒间狭缝后轨道半径之比为1 解析　质子被加速获得的最大速度受到D形盒最大半径制约，vm＝＝2πRf，C正确；粒子旋转频率为f＝，与被加速粒子的比荷有关，故需改变交流电的频率才能加速α粒子，A错误；粒子被加速的最大动能Ekm＝mv＝2mπ2R2f2，与电压U无关，B错误；因为运动半径R＝，nUq＝mv2，所以R＝，知质子第二次和第一次经过D形盒间狭缝后的轨道半径比为∶1，D正确。 答案　CD 二、计算题 3.(2015·江西省南昌市高三调研)如图3所示，有一对平行金属板，板间加有恒定电压；B0，方向垂直于纸面向里。金属板右下方以MN、PQ为上、下边界，MP为左边界的区域内，存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁场宽度为d，MN与下极板等高，MP与金属板右端在同一竖直线上。一电荷量为q、质量为m的正离子，以初速度v0沿平行于金属板面、垂直于板间磁场的方向从A点射入金属板间，不计离子的重力。 图3 (1)已知离子恰好做匀速直线运动，求金属板间电场强度的大小； (2)若撤去板间磁场B0，已知离子恰好从下极板的右侧边缘射出电场，方向与水平方向成30°角，求A点离下极板的高度； (3)在(2)的情形中，为了使离子进入磁场运动后从边界MP的P点射出，磁场的磁感应强度B应为多大？ 解析　(1)设板间的电场强度为E，离子做匀速直线运动，受到的电场力和洛伦兹力平衡，有qE＝qv0B0 解得E＝v0B0 (2)设A点离下极板的高度为h，离子射出电场时的速度为v，根据动能定理，得 qEh＝mv2－mv 离子在电场中做类平抛运动，水平分方向做匀速运动，有v＝＝ 解得h＝ (3)设离子进入磁场后做匀速圆周运动的半径为r，根据牛顿第二定律，得qvB＝ 由几何关系得＝rcos 30° 解得B＝ 答案　(1)v0B0　(2)　(3) 4.(2015·盐城市高三摸底)在xOy平面第一、二象限中，存在沿y轴负方向的匀强电场，场强大小为E＝，在第三、四象限中xOy平面、方向如图4所示的匀强磁场，磁感应强度B2＝2B1＝2B，带电粒子a、b先后从第一、二象限的P、Q两点(图中没有标出)由静止释放，结果两粒子同时进入匀强磁场B1、B2中，再经时间t第一次经过y轴时恰在点M(0，－l)发生正碰，碰撞前带电粒子b的速度方向与y轴正方向成60°角，不计粒子重力和两粒子间相互作用。求： 图4 (1)两带电粒子的比荷及在磁场中运动的轨道半径； (2)两带电粒子释放的位置P、Q两点坐标及释放的时间差。 解析　(1)a、b两粒子在y轴上发生正碰时粒子b的速度与y轴正方向成60°角，两粒子在磁场中运动的轨迹如图所示，两粒子在磁场中运动时间相等且为t，即t1＝t2＝t，而t1＝＝，t2＝＝① 代入B22B1＝2B得＝＝② 由题意分析可知两粒子的轨道半径相等，且R1＝R2＝R＝＝2l。③ (2)由v＝可得两粒子进入磁场时的速度大小分别为v1＝＝④ v2＝＝⑤ 粒子在电场中加速，由动能定理得qEd＝mv2⑥ 由②④⑤⑥及E得d1＝2l，d2＝8l⑦ 由图可知xP＝R1－R1cos 60°＝l， xQ＝－(R2＋R2cos 60°)＝－3l⑧ 则P、Q两点的坐标分别为P(l，2l)、Q(－3l，8l)⑨ 粒子在电场中的运动时间为t＝⑩ 其中加速度a＝ 由②⑩?及E可得释放的时间差Δt＝(v2－v1) 代入④⑤解得Δt＝。 答案　(1)2l　(2)P(l，2l)，Q(－3l，8l)　 5.如图5甲所示，在xOy平面内存在磁场和电场，磁感应强度和电场强度大小随时间周期性变化，B的4t0，E的变化周期为2t0，变