2017年高考物理 高频考点穿透卷 专题20 带电粒子在复（组）合场中的运动（含解析）

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1、专题20带电粒子在复（组）合场中的运动一.题型研究一（一）真题再现1.(2016·全国乙卷T15)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定．质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场．若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍．此离子和质子的质量比约为(　　)A．11B．12C．121D．144【答案】D【题型】选择题【难度】一般2.(2012·全国卷T25)如图所示，一半径为R的圆表示一柱形

2、区域的横截面(纸面)．在柱形区域内加一方向垂直于纸面的匀强磁场，一质量为m、电荷量为q的粒子沿图中直线在圆上的a点射入柱形区域，在圆上的b点离开该区域，离开时速度方向与直线垂直．圆心O到直线的距离为R.现将磁场换为平行于纸面且垂直于直线的匀强电场，同一粒子以同样速度沿直线在a点射入柱形区域，也在b点离开该区域．若磁感应强度大小为B，不计重力，求电场强度的大小．【答案】【解析】粒子在磁场中做圆周运动．设圆周的半径为r，由牛顿第二定律和洛伦兹力公式得qvB＝m①式中v为粒子在a点的速度．再考虑粒子在电场中的运动．设电场强度的大小为E，粒子在电场

3、中做类平抛运动．设其加速度大小为a，由牛顿第二定律和带电粒子在电场中的受力公式得qE＝ma⑥粒子在电场方向和直线方向所走的距离均为r，由运动学公式得r＝at2⑦r＝vt⑧式中t是粒子在电场中运动的时间．联立①⑤⑥⑦⑧式得E＝.⑨【题型】计算题【难度】困难（二）试题猜想3．如图所示，在xOy直角坐标系中，第Ⅰ象限内分布着方向垂直纸面向里的匀强磁场，第Ⅱ象限内分布着沿y轴负方向的匀强电场。初速度为零、带电荷量为q、质量为m的粒子经过电压为U的电场加速后，从x轴上的A点垂直x轴进入磁场区域，重力不计，经磁场偏转后过y轴上的P点且垂直于y轴进入电场

4、区域，在电场中偏转并击中x轴上的C点。已知OA＝OC＝d。则磁感应强度B和电场强度E可表示为(　　)A．B＝，E＝　B．B＝，E＝C．B＝，E＝D．B＝，E＝【答案】B【题型】选择题【难度】一般4．如图所示，某种带电粒子由静止开始经电压为U1的电场加速后，射入水平放置、电势差为U2的两导体板间的匀强电场中，带电粒子沿平行于两板的方向从两板正中间射入，穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场中，则粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离d随着U1和U2的变化情况为(不计重力，不考虑边缘效应)(　　)A．d随U1变化，d与U2无关B

5、．d与U1无关，d随U2变化C．d随U1变化，d随U2变化D．d与U1无关，d与U2无关【答案】A【解析】带电粒子在电场中做类平抛运动，可将射出电场的粒子速度v分解成初速度方向与加速度方向，设出射速度与水平夹角为θ，则有：＝cosθ【题型】选择题【难度】一般5.如图所示，在第一象限内有沿y轴负方向的电场强度大小为E的匀强电场．在第二象限中，半径为R的圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，圆形区域与x、y轴分别相切于A、C两点．在A点正下方有一个粒子源P，P可以向x轴上方各个方向射出速度大小均为v0、质量为m、电荷量为＋q的带电粒子(重力不计

6、，不计粒子间的相互作用)，其中沿y轴正向射出的带电粒子刚好从C点垂直于y轴进入电场．(1)求匀强磁场的磁感应强度大小B；(2)求带电粒子到达x轴时的横坐标范围和带电粒子到达x轴前运动时间的范围；(3)如果将第一象限内的电场方向改为沿x轴负方向，分析带电粒子将从何处离开磁场，可以不写出过程．【答案】(1)　(2)见解析　(3)见解析【解析】(1)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，从A点运动到C点的过程中带电粒子的运动轨迹为个圆弧，轨迹半径r＝R由Bqv0＝m，得B＝.(2)沿不同方向进入磁场的带电粒子离开磁场时的速度大小均为v0，方向均平行于x

7、轴，其临界状态为粒子从D点沿x轴正方向离开磁场分析粒子从D点离开磁场的情况，粒子在磁场中运动时间为t1＝T，T＝，得t1＝从D点平行于x轴运动至y轴的时间t2＝【题型】计算题【难度】较难6．如图所示，离子源A产生初速度为零、带电量均为e、质量不同的正离子被电压为U0的加速电场加速后匀速通过准直管，垂直射入匀强偏转电场，偏转后通过极板HM上的小孔S离开电场，经过一段匀速直线运动，垂直于边界MN进入磁感应强度为B的匀强磁场，已知HO＝d，HS＝2d，∠MNQ＝90°(忽略粒子所受重力)．(1)求偏转电场场强E0的大小以及HM与MN的夹角φ；(2

8、)求质量为m的离子在磁场中做圆周运动的半径；(3)若质量为4m的离子恰好垂直打在NQ的中点S1处，求能打在NQ上的正离子的质量范围．【答案】(1)　45°　(2)2(3)m≤mx