2019_2020学年高中物理重难点强化练六带电粒子在磁场复合场中的运动含解析新人教版选修3.pdf
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1、带电粒子在磁场、复合场中的运动带电粒子在磁场、复合场中的运动 1(2017全国卷)如图,空间某区域存在匀强电场和匀强磁场,电 场方向竖直向上(与纸面平行),磁场方向垂直于纸面向里。三个带正电的微 粒a、b、c电荷量相等,质量分别为ma、mb、mc。已知在该区域内,a在纸 面内做匀速圆周运动,b在纸面内向右做匀速直线运动,c在纸面内向左做匀速直线运动。 下列选项正确的是( ) Amambmc Bmbmamc CmcmambDmcmbma 解析:选 B 该空间区域为匀强电场、匀强磁场和重力场的叠加场,a在纸面内做匀速 圆周运动,可知其重力与所受到的电场力平衡,洛伦兹力提供其做匀速圆周运动的向心力,
2、 有magqE,解得ma。b在纸面内向右做匀速直线运动,由左手定则可判断出其所受洛 qE g 伦兹力方向竖直向上,可知mbgqEqvbB,解得mb。c在纸面内向左做匀速直 qE g qvbB g 线运动, 由左手定则可判断出其所受洛伦兹力方向竖直向下, 可知mcgqvcBqE, 解得mc 。综上所述,可知mbmamc,选项 B 正确。 qE g qvcB g 2.一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场,粒子的一段运 动轨迹如图所示, 运动轨迹上的每一小段都可近似看成圆弧, 由于带电粒子 使沿途空气电离,粒子的能量逐渐减少(带电荷量不变),从图中情况可以确定 ( ) A粒子从a运动到b,带
3、正电 B粒子从a运动到b,带负电 C粒子从b运动到a,带正电 D粒子从b运动到a,带负电 解析:选 C 带电粒子做圆周运动的半径r,随着Ek的减小,半径减小, mv qB 2mEk qB 故粒子从b运动到a;由左手定则知粒子带正电,故选 C。 3.多选速度相同的一束带电粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹 如图所示, 则下列说法中正确的是( ) A该束带电粒子带负电 B速度选择器的P1极板带正电 C能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于 E B1 D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S0,粒子的比荷越小 解析:选 BC 由左手定则可知,该束带电粒子带正电,速度选择器的P1极板带正电, 选项 A 错误,B
4、正确;由qEqvB1可得能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于v,选项 C E B1 正确;由r可知,粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S0,r越小,粒子的比荷越大,选 mv qB 项 D 错误。 4如图,光滑半圆形轨道与光滑斜面轨道在B处平滑连接,前者置于水平向外的匀强 磁场中, 有一带正电小球从A处静止释放, 且能沿轨道前进, 并恰能通过半圆形轨道最高点C。 现若撤去磁场,使小球从静止释放仍能恰好通过半圆形轨道最高点,则释放高度H与原释 放高度H的关系是( ) AHHBHH CHHD无法确定 解析:选 C 有磁场时,恰好通过最高点,有:mgqvBm,无磁场时,恰好通过最 v12 R 高点,有:mg
5、m,由两式可知v2v1。根据动能定理,由于洛伦兹力和支持力不做功, v22 R 都是只有重力做功,mg(h2R)mv2可知,HH,故 C 正确。 1 2 5(2016全国卷)一圆筒处于磁感应强度大小为B的匀强磁场 中,磁场方向与筒的轴平行,筒的横截面如图所示。图中直径MN的两端 分别开有小孔,筒绕其中心轴以角速度顺时针转动。在该截面内,一带电粒子从小孔M 射入筒内,射入时的运动方向与MN成 30角。当筒转过 90时,该粒子恰好从小孔N飞出 圆筒。不计重力。若粒子在筒内未与筒壁发生碰撞,则带电粒子的比荷为( ) A.B. 3B 2B C.D. B 2 B 解析:选 A 如图所示,粒子在磁场中做匀
6、速圆周运动,圆弧所对应MP 的圆心角由几何知识知为 30,则,即 , 选项 A 正 2 2m qB 30 360 q m 3B 确。 6多选如图所示为一个质量为m、带电荷量为q的圆环,可在水平 放置的足够长的粗糙细杆上滑动, 细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中。 现给圆环向右的 初速度v0,在以后的运动过程中,圆环运动的速度时间图像可能是下列选项中的( ) 解析:选 AD 由左手定则可判断洛伦兹力方向向上,圆环受到竖直向下的重力,还可 能受到垂直杆的弹力及向左的摩擦力。 当洛伦兹力初始时刻小于重力时, 弹力方向竖直向上, 圆环向右减速运动,随着速度减小,洛伦兹力减小,弹力越来越大,摩擦力越来越
7、大,故做 加速度增大的减速运动,直到速度为零而处于静止状态,选项中没有对应图像 ; 当洛伦兹力 初始时刻等于重力时,弹力为零,摩擦力为零,故圆环做匀速直线运动,A 正确;当洛伦兹 力初始时刻大于重力时,弹力方向竖直向下,圆环做减速运动,速度减小,洛伦兹力减小, 弹力减小,在弹力减小到零的过程中,摩擦力逐渐减小到零,故做加速度逐渐减小的减速运 动,摩擦力为零时,开始做匀速直线运动,D 正确。 7.多选如图所示,在半径为R的圆形区域内,有匀强磁场,磁感应 强度为B,方向垂直于圆平面(未画出)。一群比荷为 的负离子以相同速 q m 率v0(较大), 由P点在纸平面内向不同方向射入磁场中发生偏转后,又
8、飞 出磁场,则下列说法中正确的是(不计重力)( ) A离子飞出磁场时的动能一定相等 B离子在磁场中运动半径一定相等 C由Q点飞出的离子在磁场中运动的时间最长 D沿PQ方向射入的离子飞出时偏转角最大 解析:选 BC 射入磁场的离子比荷相等,但质量不一定相等,故射入时初动能可能不 相等 ; 又因为洛伦兹力不做功,这些离子从射入到射出动能不变,故不同离子的动能可能不 相等,A 错误。离子在磁场中偏转的半径为r,由于比荷和速率都相等,磁感应强度B mv qB 为定值, 故所有离子的偏转半径都相等, B 正确。 同时, 各离子在磁场中做圆周运动的周期T 也相等,根据几何规律 : 圆内较长的弦对应较大的圆
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