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挑战高考压轴题-专题10:带点粒子在电场、磁场、复合场中的运...

更新时间:2021-05-07 浏览次数:168 类型:三轮冲刺
一、单选题
  • 1. (2020高三上·南阳期末) 如图所示,直线边界OM与ON之间的夹角为30°,相交于O点。OM与ON之间分布有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B。ON上有一粒子源S,S到O点的距离为d。某一时刻,粒子源S平行于纸面向各个方向发射出大量带正电的同种粒子,已知粒子的带电量为q,质量为m,不计粒子的重力及粒子间的相互作用,所有粒子的初速度大小均为v, 。则从边界OM射出的粒子在磁场中运动的最短时间为(   )

    A . B . C . D .
  • 2. (2021高三上·辽阳期末) 如图所示,在圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场,AB为圆的直径,P为圆周上的点,∠AOP=60°。带正电的粒子a和带负电的粒子b(a、b在图中均未画出)以相同的速度从P点沿PO方向射入磁场,结果恰好从直径AB两端射出磁场。粒子a、b的质量相等,不计粒子所受重力以及粒子间的相互作用。下列说法正确的是(   )

    A . 从A点射出磁场的是粒子a B . 粒子a、b在磁场中运动的半径之比为1:3 C . 粒子a、b的电荷量之比为3:1 D . 粒子a、b在磁场中运动的时间之比为3:2
  • 3. (2021·永州模拟) 如图所示,竖直平面内有水平向右的匀强电场E,M点与N点在同一电场线上。两个质量相等的带电粒子,以相同的速度 分别从M点和N点同时垂直进入电场,不计两粒子的重力和粒子间的库仑力。已知两粒子都能经过P点,在此过程中,下列说法正确的是(   )

    A . 两粒子都带负电 B . 从M点进入的粒子电荷量较大 C . 从N点进入的粒子动量变化较大 D . 两粒子的电势能都增加
  • 4. (2021·佛山模拟) 三个带电粒子从同一点O,以相同的初速度v射入一电场中,在某段时间内的运动轨迹如图虚线所示,其中a粒子刚好做圆周运动。图中实线为电场线,不计粒子重力,则下列有关粒子在该段时间内的运动以及相关说法正确的是(   )

    A . 粒子a带负电,c带正电 B . c粒子运动过程中电势能增加 C . 运动过程中,b、c两粒子的速度均增大 D . 运动过程中,a粒子的加速度和动能均不变
  • 5. (2021高二下·东至月考) 如图所示,边长为L的正三角形abc区域内存在方向垂直纸面向外的匀强磁场,同种粒子每次都从a点沿与ab边成30°的方向垂直于磁场射入,初速度大小为v时,粒子从ac边距a点 L处射出磁场。不计粒子的重力,则粒子(   )

    A . 一定带负电 B . 初速度为2v时,出射位置距a点 L C . 初速度为2v时,在磁场中运动的时间变短 D . 初速度为10v时,能从bc边的中点射出
  • 6. (2020·鄂尔多斯模拟) 如图所示,边界OM与ON之间分布有垂直纸面向里的匀强磁场,边界ON上有一粒子源S.某一时刻,从离子源S沿平行于纸面,向各个方向发射出大量带正电的同种粒子(不计粒子的重力及粒子间的相互作用),所有粒子的初速度大小相等,经过一段时间有大量粒子从边界OM射出磁场。已知∠MON=30°,从边界OM射出的粒子在磁场中运动的最长时间等于 T(T为粒子在磁场中运动的周期),则从边界OM射出的粒子在磁场中运动的最短时间为(   )

    A . T B . T C . T D . T
  • 7. (2021·凌源模拟) 如图所示,在直角三角形 区域(含边界)内存在垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为 ,边长 ,一个粒子源在 点将质量为 、电荷量为 的带正电粒子以大小和方向不同的速度射入磁场,在磁场中运动时间最长的粒子中,速度的最大值是(   )

    A . B . C . D .
  • 8. (2020·攀枝花模拟) 如图所示,带等量异种电荷的A、B两板水平放置,在A、B问形成竖直向下的匀强电场。a、b两质量相等的粒子从A板左侧边缘处以相同的速度先后飞入电场,粒子a从AB两板右端连线的中点飞离匀强电场粒子b从B板右侧边缘处飞离匀强电场,不计粒子重力,下列说法中正确的是(   )

    A . 粒子a、b的带电量之比为1:2 B . 电场对a、b粒子做功之比为1:2 C . 粒子a、b离开电场时的速度大小之比为1:2 D . 粒子a、b离开电场时的速度与水平方向之间夹角之比为1:2
  • 9. (2020·顺德模拟) 如图所示,一磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域,圆心为O,半径为r,MN是直径,一粒子发射装置S置于M端,可从M端向圆平面内任意方向发射速率相等的同种带电粒子,某个粒子从N端离开磁场,在磁场中运动的时间为 ,其中k为带电粒子的比荷,下列说法正确的是(   )

    A . 该粒子的速率为krB,发射方向垂直于MN B . 该粒子的速率为 krB,发射方向与MN的夹角为45° C . 该粒子在磁场中运动的时间最短 D . 若该粒子沿直径MN方向射入磁场,其运动的时间为
二、多选题
  • 10. (2021高二下·九龙坡月考) 如图所示,在xOy坐标平面内的y轴右侧加垂直纸面向里且范围足够大的匀强磁场,磁感应强度为B,垂直于x轴放置足够大的荧光屏MN,光屏可沿x轴移动,在坐标原点O处放置一个粒子源,能向xOy坐标平面 范围内各个方向均匀发射质量为m、电荷量为q的带正电粒子,粒子初速度大小均为v0 , 不计粒子重力及粒子间相互作用,且粒子打到光屏上的粒子能全部被吸收。则下列说法正确的是( )

    A . 要使所有粒子都不能打到光屏上时,则光屏离O点的距离至少为 B . 要使所有粒子都不能打到光屏上时,则光屏离O点的距离至少 C . 当有一半粒子能打到荧光屏上时,光屏离O点的距离为 D . 当有一半粒子能打到荧光屏上时,所有发射的粒子在磁场中运动的最短时间与最长时间之比为1:3
  • 11. (2021·唐山模拟) 如图,直角三角形OAC区域内有垂直于纸面向外、磁感应强度大小未知的匀强磁场,∠A=30°、OC边长为L,在C点有放射源S,可以向磁场内各个方向发射速率为v0的同种带正电的粒子,粒子的比荷为K。S发射的粒子有 可以穿过OA边界,OA含在边界以内,不计重力、及粒子之间的相互影响。则(   )

    A . 磁感应强度大小 B . 磁感应强度大小 C . OA上粒子出射区域长度为L D . OA上粒子出射区域长度为
  • 12. (2020·青岛模拟) 如图,正方形abcd区域内有垂直纸面的匀强磁场。a点处的粒子源沿ac方向发出大量相同的带电粒子,粒子的速度大小不同。当粒子速度为v0时恰好从e点垂直cd边射出,不计粒子间的相互作用力及重力,下列说法正确的是(   )

    A . e点为cd边的中点 B . 速度为 时,粒子从d点射出 C . 速度小于 的所有粒子在磁场中运动的路程与速度大小成正比 D . 从e点射出的粒子和从d点射出的粒子在磁场中运动的时间之比为2:1
  • 13. (2020·泰安模拟) 如图所示,半径为R、磁感应强度为B的圆形匀强磁场,MN是一竖直放置足够长的感光板。大量相同的带正电粒子从圆形磁场最高点P以速度v沿不同方向垂直磁场方向射入,不考虑速度沿圆形磁场切线方向入射的粒子。粒子质量为m、电荷量为q,不考虑粒子间的相互作用力和粒子的重力。关于这些粒子的运动,以下说法正确的是(   )

    A . 对着圆心入射的粒子,速度越大在磁场中通过的时间越短 B . 对着圆心入射的粒子,速度越大在磁场中通过的时间越长 C . 若粒子速度大小均为v= ,出射后均可垂直打在MN上 D . 若粒子速度大小均为v= ,则粒子在磁场中的运动时间一定小于
三、综合题
  • 14. (2021·沈阳模拟) 如图甲所示,真空中有一粒子源,连续不断地放射出带正电的粒子。粒子的初速度很小(可视为零)。粒子经加速电压U1加速后,从O点沿着偏转电场中线OM射入偏转电场,两偏转极板间的距离为L,所加周期性电压Uab如图乙所示。偏转极板右侧有宽度为L的足够长匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向外。磁场右边界是一个足够大的光屏,所有到达光屏的粒子均不再反弹。粒子飞过偏转极板间的时间极短,可认为每个粒子飞过的这段时间里偏转电压几乎不变。已知 时刻射入偏转极板间的粒子,轨迹恰好与光屏相切;偏转电压为2U1时射入偏转极板间的粒子恰好沿着偏转极板上边缘飞出电场。不计粒子重力及粒子之间的相互作用力。求:

    1. (1) 偏转极板的长度;
    2. (2) 磁场右侧光屏上有粒子击中的范围的长度。
  • 15. (2020·泉州模拟) 如图,在半径为L、圆心为O的圆形区域内存在着磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。MN为水平直径,a、b粒子(重力均不计)分别从磁场区域下方不同位置以相同速度沿垂直于MN的方向射入磁场,其中a粒子从圆形区域最低点射入,两粒子均从M点离开,离开时,a粒子速度沿水平方向,b粒子与a粒子的速度方向夹角为 。已知两粒子的质量均为m、电量均为+q,求:

    1. (1) 两粒子进入磁场时的速度大小v;
    2. (2) b粒子在磁场中的运动时间t。
  • 16. (2020·天津模拟) 利用电场与磁场控制带电粒子的运动,在现代科学实验和技术设备中有着广泛的应用。如图所示,半径为R的圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场,在磁场左侧有一宽度为0.5R的区域,其上边界与水平半径MO共线,该区域内有水平向右、速度大小范围为0~ v0的粒子不断射人,粒子带电量均为+q,质量均为m。在沿半径MO入射的粒子中,速度大小为v0的粒子恰好从O点正下方的N点离开磁场。不计粒子重力及粒子间相互作用力,求:

    1. (1) 匀强磁场磁感应强度B的大小;
    2. (2) 圆形磁场中,有粒子通过区域的面积S;
    3. (3) 在圆形磁场正下方有一长度为2R的水平挡板CD,中心小孔与N点重合,右侧是长度也为2R的竖直荧光屏PQ,其上端点P与挡板右端点D重合。CD下方空间加有水平向右的匀强电场,恰使所有通过小孔N的粒子均能打在荧光屏PQ上。求电场强度大小E及荧光屏上有粒子打到的长度L。
  • 17. (2020·温州会考) 加速器在粒子物理研究中有重要作用,其基本原理简化为如图甲所示的模型,M、N为两块中心开有小孔的平行极板,两板间加有如图乙所示的电压(U0、T0为已知量),板外分布着恒定的垂直纸面向里的匀强磁场。让质量为m、电荷量为+q的a粒子在t=0时从M孔飘入(视为初速度为零)极板间,在磁场中运行时间T0后恰能再次从M孔进入板间加速。设极板外无电场,极板内无磁场,极板尺寸大小、粒子所受重力、粒子在极板间的加速时间均忽略不计,不考虑粒子速度的影响及相对论效应。

    1. (1) 求a粒子第n次加速后在磁场中的旋转半径;
    2. (2) 让质量为1.01m、电荷量为+q的b粒子在t=0时从M孔飘入极板间,求b粒子第二次加速后的速度大小;
    3. (3) 仅将电压uMN的变化周期降到原来的一半,再让(2)中的b粒子在某时刻从M孔飘入,经多次加速后可获得最大动能。求粒子飘入的时刻、加速的次数及获得的最大动能。
  • 18. (2021·湖南模拟) 在某些精密实验中,为了避免变化的电场和磁场之间的相互干扰,可以用力学装置对磁场中的带电粒子进行加速。如图,表面光滑的绝缘平板水平放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于竖直面向里。平板上有一个质量为m、电荷量为q的带电粒子,初始时刻带电粒子静止在绝缘平板上,与绝缘平板左侧边缘的距离为d。在机械外力作用下,绝缘平板以速度v1竖直向上做匀速直线运动。一段时间后带电粒子从绝缘平板的左侧飞出,并垂直入射到一块与绝缘平板相互垂直的荧光屏上,不计带电粒子的重力。

    1. (1) 指出带电粒子的电性,并说明理由;
    2. (2) 求带电粒子在绝缘平板上的运动时间t;
    3. (3) 求整个过程中带电粒子在竖直方向位移的大小h。
  • 19. (2021·广东模拟) 如图所示,M、N两金属圆筒是直线加速器的一部分,M与N的电势差为U;边长为2L的立方体区域 内有竖直向上的匀强磁场。一质量为m,电量为+q的粒子,以初速度v0水平进入圆筒M左侧的小孔。粒子在每个筒内均做匀速直线运动,在两筒间做匀加速直线运动。粒子自圆筒N出来后,从正方形 的中心垂直进入磁场区域,最后由正方形 中心垂直飞出磁场区域,忽略粒子受到的重力。求:

    1. (1) 粒子进入磁场区域时的速率;
    2. (2) 磁感应强度的大小。
  • 20. (2020·泰安模拟) 如图(a),竖直平行正对金属板A、B接在恒压电源上。极板长度为L、间距为d的平行正对金属板C、D水平放置,其间电压随时间变化的规律如图(b)。位于A板处的粒子源P不断发射质量为m、电荷量为q的带电粒子,在A、B间加速后从B板中央的小孔射出,沿C、D间的中心线OO1射入C、D板间。已知t=0时刻从O点进入的粒子恰好在t=T0时刻从C板边缘射出。不考虑金属板正对部分之外的电场,不计粒子重力和粒子从粒子源射出时的初速度。求:

    1. (1) 金属板A、B间的电压U1
    2. (2) 金属板C、D间的电压U2
    3. (3) 其他条件不变,仅使C、D间距离变为原来的一半(中心线仍为OO1),则t= 时刻从O点进入的粒子能否射出板间?若能,求出离开时位置与OO1的距离;若不能,求到达极板时的动能大小。
  • 21. (2021·惠民模拟) 如图所示,匀强电场场强大小为E,方向沿y轴负方向;匀强磁场磁感应强度大小为B,方向垂直xOy平面向里。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子,从坐标原点O沿x轴正方向以某初速度射入,粒子的重力忽略不计。

    1. (1) 撤去电场,只保留磁场,带电粒子的以速度 进入磁场,求经时间 带电粒子离x轴的距离y;
    2. (2) 带电粒子以初速度 射入复合场,当速度减为初速度一半时,求粒子离x轴的距离d;
    3. (3) 带电粒子以初速度 射入复合场,求粒子经过x轴的横坐标。(在数学中,摆线被定义为:一个圆沿一条直线运动时,圆边界上一定点所形成的轨迹。从物理角度就是一个匀速直线运动和一个匀速圆周运动的合成,例如自行车在做匀速直线运动时,车轮上某一点相对地面的运动轨迹。)
  • 22. (2020·淄博模拟) 人类研究磁场的目的之一是为了通过磁场控制带电粒子的运动,某控制带电粒子运动的仪器原理如图所示,区域PP′M′M内有竖直向下的匀强电场,电场场强为E,宽度为d,长度为L;区域MM′N′N内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,长度也为L,磁场宽度足够。电量为q,质量为m的带正电的粒子以水平初速度从P点射入电场。边界 MM′不影响粒子的运动,不计粒子重力。

    1. (1) 若带电粒子以水平初速度v0从P点射入电场后,从MM′边界进入磁场,求粒子第一次射入磁场的位置到M点的距离;
    2. (2) 当带电粒子射入电场的水平初速度为多大时,粒子只进入磁场一次就恰好垂直P′N′边界射出。

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