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2020--2022年三年全国高考物理真题汇编:带电粒子在磁...

更新时间:2022-07-13 浏览次数:94 类型:二轮复习
一、多选题
  • 1. (2023高二下·乌兰期末) 如图,在平面直角坐标系 的第一象限内,存在垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B。大量质量为m、电量为q的相同粒子从y轴上的 点,以相同的速率在纸面内沿不同方向先后射入磁场,设入射速度方向与y轴正方向的夹角为 。当 时,粒子垂直x轴离开磁场。不计粒子的重力。则(   )

    A . 粒子一定带正电 B . 时,粒子也垂直x轴离开磁场 C . 粒子入射速率为 D . 粒子离开磁场的位置到O点的最大距离为
二、综合题
  • 2. (2022高二下·临沂期末) 两块面积和间距均足够大的金属板水平放置,如图1所示,金属板与可调电源相连形成电场,方向沿y轴正方向。在两板之间施加磁场,方向垂直 平面向外。电场强度和磁感应强度随时间的变化规律如图2所示。板间O点放置一粒子源,可连续释放质量为m、电荷量为 、初速度为零的粒子,不计重力及粒子间的相互作用,图中物理量均为已知量。求:

    1. (1) 时刻释放的粒子,在 时刻的位置坐标;
    2. (2) 在 时间内,静电力对 时刻释放的粒子所做的功;
    3. (3) 在 点放置一粒接收器,在 时间内什么时刻释放的粒子在电场存在期间被捕获。
  • 3. (2022·浙江) 离子速度分析器截面图如图所示。半径为R的空心转筒P,可绕过O点、垂直xOy平面(纸面)的中心轴逆时针匀速转动(角速度大小可调),其上有一小孔S。整个转筒内部存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。转筒下方有一与其共轴的半圆柱面探测板Q,板Q与y轴交于A点。离子源M能沿着x轴射出质量为m、电荷量为-q(q>0)、速度大小不同的离子,其中速度大小为v0的离子进入转筒,经磁场偏转后恰好沿y轴负方向离开磁场。落在接地的筒壁或探测板上的离子被吸收且失去所带电荷,不计离子的重力和离子间的相互作用。

    1. (1) ①求磁感应强度B的大小;②若速度大小为v0的离子能打在Q板的A处,求转筒P角速度ω的大小;
    2. (2) 较长时间后,转筒P每转一周有N个离子打在板Q的C处,OC与x轴负方向的夹角为θ,求转筒转动一周的时间内,C处受到平均冲力F的大小;
    3. (3) 若转筒P的角速度小于 ,且A处探测到离子,求板Q上能探测到离子的其他θ′的值(为探测点位置和O点连线与x轴负方向的夹角)。
  • 4. (2022·山东) 中国“人造太阳”在核聚变实验方面取得新突破,该装置中用电磁场约束和加速高能离子,其部分电磁场简化模型如图所示,在三维坐标系 中, 空间内充满匀强磁场I,磁感应强度大小为B,方向沿x轴正方向; 的空间内充满匀强磁场II,磁感应强度大小为 ,方向平行于 平面,与x轴正方向夹角为 的空间内充满沿y轴负方向的匀强电场。质量为m、带电量为 的离子甲,从 平面第三象限内距y轴为L的点A以一定速度出射,速度方向与z轴正方向夹角为 ,在 平面内运动一段时间后,经坐标原点O沿z轴正方向进入磁场I。不计离子重力。

    1. (1) 当离子甲从A点出射速度为 时,求电场强度的大小E;
    2. (2) 若使离子甲进入磁场后始终在磁场中运动,求进入磁场时的最大速度
    3. (3) 离子甲以 的速度从O点沿z轴正方向第一次穿过 面进入磁场I,求第四次穿过 平面的位置坐标(用d表示);
    4. (4) 当离子甲以 的速度从 点进入磁场I时,质量为 、带电量为 的离子乙,也从O点沿z轴正方向以相同的动能同时进入磁场I,求两离子进入磁场后,到达它们运动轨迹第一个交点的时间差 (忽略离子间相互作用)。
  • 5. (2022·湖南) 如图,两个定值电阻的阻值分别为 ,直流电源的内阻不计,平行板电容器两极板水平放置,板间距离为 ,板长为 ,极板间存在方向水平向里的匀强磁场。质量为 、带电量为 的小球以初速度 沿水平方向从电容器下板左侧边缘 点进入电容器,做匀速圆周运动,恰从电容器上板右侧边缘离开电容器。此过程中,小球未与极板发生碰撞,重力加速度大小为 ,忽略空气阻力。

    1. (1) 求直流电源的电动势
    2. (2) 求两极板间磁场的磁感应强度
    3. (3) 在图中虚线的右侧设计一匀强电场,使小球离开电容器后沿直线运动,求电场强度的最小值
  • 6. (2022·广东) 密立根通过观测油滴的运动规律证明了电荷的量子性,因此获得了1923年的诺贝尔奖。图13是密立根油滴实验的原理示意图,两个水平放置、相距为d的足够大金属极板,上极板中央有一小孔。通过小孔喷入一些小油滴,由于碰撞或摩擦,部分油滴带上了电荷。有两个质量均为 、位于同一竖直线上的球形小油滴A和B,在时间t内都匀速下落了距离 。此时给两极板加上电压U(上极板接正极),A继续以原速度下落,B经过一段时间后向上匀速运动。B在匀速运动时间t内上升了距离 ,随后与A合并,形成一个球形新油滴,继续在两极板间运动直至匀速。已知球形油滴受到的空气阻力大小为 ,其中k为比例系数,m为油滴质量,v为油滴运动速率。不计空气浮力,重力加速度为g。求:

    1. (1) 比例系数k;
    2. (2) 油滴A、B的带电量和电性;B上升距离 电势能的变化量;
    3. (3) 新油滴匀速运动速度的大小和方向。
  • 7. (2021·浙江) 在芯片制造过程中,离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是离子注入工作原理示意图,离子经加速后沿水平方向进入速度选择器,然后通过磁分析器,选择出特定比荷的离子,经偏转系统后注入处在水平面内的晶圆(硅片)。速度选择器、磁分析器和偏转系统中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B,方向均垂直纸面向外;速度选择器和偏转系统中的匀强电场场强大小均为E,方向分别为竖直向上和垂直纸面向外。磁分析器截面是内外半径分别为R1和R2的四分之一圆环,其两端中心位置M和N处各有一个小孔;偏转系统中电场和磁场的分布区域是同一边长为L的正方体,其速度选择器底面与晶圆所在水平面平行,间距也为L。当偏转系统不加电场及磁场时,离子恰好竖直注入到晶圆上的O点(即图中坐标原点,x轴垂直纸面向外)。整个系统置于真空中,不计离子重力,打在晶圆上的离子,经过电场和磁场偏转的角度都很小。当α很小时,有 。求:

    1. (1) 离子通过速度选择器后的速度大小v和磁分析器选择出来离子的比荷;
    2. (2) 偏转系统仅加电场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示;
    3. (3) 偏转系统仅加磁场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示;
    4. (4) 偏转系统同时加上电场和磁场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示,并说明理由。

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