高考物理带电粒子创新题.docx

高考物理带电粒子创新题.docx

《高考物理带电粒子创新题.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理带电粒子创新题.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高考物理带电粒子创新题

带电粒子在复合场中的运动

例题解析：

1、带电粒子在半无界磁场中的运动

【例1】一个负离子，质量为m，电量大小为q，以速率v垂直于屏S经过小孔O射入存在着匀强磁场的真空室中，如图所示。

磁感应强度B的方向与离子的运动方向垂直，并垂直于图1中纸面向里.

（1）求离子进入磁场后到达屏S上时的位置与O点的距离.

（2）如果离子进入磁场后经过时间t到达位置P，证明:

直线OP与离子入射方向之间的夹角θ跟t的关系是

。

2．穿过圆形磁场区。

画好辅助线（半径、速度、轨迹圆的圆心、连心线）。

偏角可由

求出。

经历时间由

得出。

注意：

由对称性，射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心。

【例2】如图所示，一个质量为m、电量为q的正离子，从A点正对着圆心O以速度v射入半径为R的绝缘圆筒中。

圆筒内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为B。

要使带电粒子与圆筒内壁碰撞多次后仍从A点射出，求正离子在磁场中运动的时间t.设粒子与圆筒内壁碰撞时无能量和电量损失，不计粒子的重力。

【例3】圆心为O、半径为r的圆形区域中有一个磁感强度为B、方向为垂直于纸面向里的匀强磁场，与区域边缘的最短距离为L的O＇处有一竖直放置的荧屏MN，今有一质量为m的电子以速率v从左侧沿OO＇方向垂直射入磁场，越出磁场后打在荧光屏上之P点，如图所示，求O＇P的长度和电子通过磁场所用的时间。

3．穿过矩形磁场区。

一定要先画好辅助线（半径、速度及延长线）。

偏转角由sinθ=L/R求出。

侧移由R2=L2-（R-y）2解出。

经历时间由

得出。

注意，这里射出速度的反向延长线与初速度延长线的交点不再是宽度线段的中点，这点与带电粒子在匀强电场中的偏转结论不同！

【例4】如图所示，一束电子（电量为e）以速度v垂直射入磁感强度为B，宽度为d的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30°，则电子的质量是，穿透磁场的时间是。

【例5】长为L的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图所示，磁感强度为B，板间距离也为L，板不带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子（不计重力），从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是：

A．使粒子的速度v

B．使粒子的速度v>5BqL/4m；

C．使粒子的速度v>BqL/m；

D．使粒子速度BqL/4m

针对练习：

1.

质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束（速度可看作为零），经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断（）

A.若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大

B.若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小

C.只要x相同，则离子质量一定相同

D.只要x相同，则离子的荷质比一定相同

2.质量为m，电量为e的电子，绕原子核以一定半径做匀速圆周运动，垂直电子轨迹平面有一磁感强度为B的匀强磁场，若电子所受到的电场力的大小是洛仑兹力大小的4倍，则电子运动角速度可能为（）

A.

B.

C.

D.

3.

设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，已知一离子在电场力和洛仑兹力作用下，从静止开始自且沿曲线ACB运动，到达B点时，速度为零，C点为最低点，不计重力，以下说法正确的是（）

A.离子必带正电荷

B.A点和B点位于同一高度

C.离子在C点时速度最大

D.离子到B点后，将沿曲线返回A

4.

如图所示，ab和cd为两条相距较远的平行直线，ab的左边和cd的右边都有磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，虚线是由两个相同的半圆及和半圆相切的两条线段组成．甲、乙两带电体分别从图中的A、D两点以不同的初速度开始向两边运动，轨迹正好和虚线重合，它们在C点碰撞后结为一体向右运动，若整个过程中重力不计，则下面说法正确的是（）

A.开始时甲的动量一定比乙的小

B.甲带的电量一定比乙带的多

C.甲、乙结合后运动的轨迹始终和虚线重合

D.甲、乙结合后运动的轨迹和虚线不重合

5.

如图，带电粒子在没有电场和磁场空间以v0从坐标原点O沿x轴方向做匀速直线运动，若空间只存在垂直于xoy平面的匀强磁场时，粒子通过P点时的动能为Ek；当空间只存在平行于y轴的匀强电场时，则粒子通过P点时的动能为（）

A.EkB.2EkC.4EkD.5Ek

6.

如图，在以O点为圆心、r为半径的圆形区域内，在磁感强度为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场，a、b、c为圆形磁场区域边界上的3点，其中∠aob=∠boc=600，一束质量为m，电量为e而速率不同的电子从a点沿ao方向射人磁场区域，其中从bc两点的弧形边界穿出磁场区的电子，其速率取值范围是．

7.如图，质量为m、电量为e的电子沿垂直挡板方向以速度v从O孔射入匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，磁感强度为B，运动中电子经某点P，OP连线与入射方向的夹角为θ，则电子由O运动至P点的时间为．

8.

如图所示，在POQ区域内分布有磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，有一束负离子流沿纸面垂直于磁场边界OQ方向从A点射入磁场，已知OA=s，∠POQ=450，负离子的质量为m，带电量的绝对值为q，要使负离子不从OP边射出，负离子进入磁场的速度最大不能超过．

9.在地面附近的真空环境中，建立一直角坐标系，y轴正方向竖直向上，x轴正方向水平向右，空间有沿水平方向且垂直于xoy平面指向读者的匀强磁场（磁感强度B=0.25T）和沿x轴正方向的匀强电场（场强E=2N/C），如图所示，一个质量m=

×10-7kg，电量q=5×10-7C的带负电微粒，在此区域中刚好沿直线运动（g取10m/s2）．

⑴求此带电微粒的速度v．

⑵当此带电微粒沿直线运动到y轴上一点y时，突然将磁场撤去而保持电场不变，若在运动中微粒还能再一次通过y轴上另一点P（N、P位置均未在图中标出），求此时的速度vP的大小．

10.如图，在竖直平面内的直角坐标系中第Ⅱ象限区域内有一沿+y方向的匀强电场，场强E1=50N/C，还有一个与x轴相切于Q点的圆形有界匀强磁场，磁感强度B1=500T方向垂直于纸面向里时，在x轴的下方区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场．磁感应强度B2=25T，还有一个电场线位于坐标平面的匀强电场，方向如图所示，今有一个质量m=1.0×10-5kg，电量q1=+2.0×10-6C的带电小球1，从y轴上的P点以初速v0=40m/s斜射入第Ⅱ象限，经过圆形有界磁场时偏转了600角，恰与x轴上静止于Q点的另一质量仍为m的带电小球2相碰，小球2的带电量q2=-6×10-6C，两球相碰后粘合在一起，问：

⑴在第Ⅱ象限内圆形磁场区的最小半径多大？

⑵欲使碰后小球沿直线运动，x轴下方匀强电场的场强E2的大小应为多少？

11.如图所示，一个初速为零的带正电的粒子经过MN两平行板间电场加速后，从N板上的孔射出，当带电粒子到达P点时，长方形abcd区域内出现大小不变、方向垂直于纸面且方向交替变化的匀强磁场．磁感应强度B=0.4T，每经过

，磁场方向变化一次，粒子到达P点时出现的磁场方向指向纸外．在Q处有一个静止的中性粒子．PQ间距离s=3m．PQ直线垂直平分ab、cd．已知D=1.6m，带电粒子的荷质比为1.0×104C/kg，重力忽略不计．求：

⑴加速电压为200V时带电粒子能否与中性粒子碰撞？

⑵画出它的轨迹．

⑶能使带电粒子与中性粒子碰撞，加速电压的最大值是多少？

12.空间中存在着以x=0平面为理想分界面的两个匀强磁场，左右两边磁场的磁感强度分别为B1和B2，且B1:

B2=4：

3，方向如图所示，现在原点O处有带等量异号电荷的两个带电粒子a、b分别以大小相等的水平初动量沿x轴正向和负向同时射入两磁场中，且a带正电，b带负电．若a粒子在第4次经过y轴时，恰与b粒子相遇，试求a粒子和b粒子的质量比ma:

mb。

（不计粒子a和b的重力）．

13．如图所示，竖直向下的匀强磁场穿过光滑的绝缘水平面，平面上一个钉子O固定一根细线，细线的另一端系一带电小球，小球在光滑水平面内绕O做匀速圆周运动.在某时刻细线断开，小球仍然在匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法一定错误的是（）

A.速率变小，半径变小，周期不变B.速率不变，半径不变，周期不变

C.速率不变，半径变大，周期变大D.速率不变，半径变小，周期变小

14.如图所示，x轴上方有垂直纸面向里的匀强磁场.有两个质量相同，电荷量也相同的带正、负电的离子（不计重力），以相同速度从O点射入磁场中，射入方向与x轴均夹θ角.则正、负离子在磁场中（）

A.运动时间相同

B.运动轨道半径相同

C.重新回到x轴时速度大小和方向均相同

D.重新回到x轴时距O点的距离相同

15.电子自静止开始经M、N板间（两板间的电压为u）的电场加速后从A点垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中，电子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L，如图所示.求匀强磁场的磁感应强度.（已知电子的质量为m，电量为e）

16.已经知道，反粒子与正粒子有相同的质量，却带有等量的异号电荷.物理学家推测，既然有反粒子存在，就可能有由反粒子组成的反物质存在.1998年6月，我国科学家研制的阿尔法磁谱仪由“发现号”航天飞机搭载升空，寻找宇宙中反物质存在的证据.磁谱仪的核心部分如图所示，PQ、MN是两个平行板，它们之间存在匀强磁场区，磁场方向与两板平行.宇宙射线中的各种粒子从板PQ中央的小孔O垂直PQ进入匀强磁场区，在磁场中发生偏转，并打在附有感光底片的板MN上，留下痕迹.假设宇宙射线中存在氢核、反氢核、氦核、反氦核四种粒子，它们以相同速度v从小孔O垂直PQ板进入磁谱仪的磁场区，并打在感光底片上的a、b、c、d四点，已知氢核质量为m，电荷量为e，PQ与MN间的距离为L，磁场的磁感应强度为B.

（1）指出a、b、c、d四点分别是由哪种粒子留下的痕迹?

（不要求写出判断过程）

（2）求出氢核在磁场中运动的轨道半径；

（3）反氢核在MN上留下的痕迹与氢核在MN上留下的痕迹之间的距离是多少?

17．如图所示，在y＜0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸里，磁感应强度为B.一带负电的粒子（质量为m、电荷量为q）以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xy平面内，与x轴正向的夹角为θ.求：

（1）该粒子射出磁场的位置；

（2）该粒子在磁场中运动的时间.（粒子所受重力不计）

参考答案

1.AD2.BD3.ABC4.BC5.D6.

7.

8.

9.⑴v=1.6m/s，方向与x轴成300角⑵vp=5.8m/s

10.⑴Rmin=0.2m⑵E2=50N/s

11.⑴带电粒子能与中性粒子碰撞⑵图略⑶Umax=450V12.

13．A14.BCD

15.解析：

电子在M、N间加速后获得的速度为v，由动能定理得：

mv2-0=eu

电子进入磁场后做匀速圆周运动，设其半径为r，则：

evB=m

电子在磁场中的轨迹如图，由几何得：

=

由以上三式得：

B=

16.解:

（1）a、b、c、d四点分别是反氢核、反氦核、氦核和氢核留下的痕迹.

（2）对氢核，在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得：

（3）由图中几何关系知：

所以反氢核与氢核留下的痕迹之间的距离

17.解：

（1）带负电粒子射入磁场后，由于受到洛伦兹力的作用，粒子将沿图示的轨迹运动，从A点射出磁场，设O、A间的距离为L，射出时速度的大小仍为v，射出方向与x轴的夹角仍为θ，由洛伦兹力公式和牛顿定律可得：

qv0B=m

式中R为圆轨道半径，解得：

R=

①

圆轨道的圆心位于OA的中垂线上，由几何关系可得：

=Rsinθ②

联解①②两式，得：

L=

所以粒子离开磁场的位置坐标为（-

，0）

（2）因为T=

=

所以粒子在磁场中运动的时间，t＝