高考物理一轮复习 课时跟踪检测（二十九）带电粒子在组合场中的运动-人教版高三物理试题VIP免费

课时跟踪检测（二十九）带电粒子在组合场中的运动对点训练：质谱仪与回旋加速器1.如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在AC板间，虚线中间不需加电场，如图所示，带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，对这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是()A．带电粒子每运动一周被加速两次B．带电粒子每运动一周P1P2＝P3P4C．加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关D．加速电场方向需要做周期性的变化解析：选C带电粒子只有经过AC板间时被加速，即带电粒子每运动一周被加速一次。电场的方向没有改变，则在AC间加速，故A、D错误；根据r＝得，则P1P2＝2(r2－r1)＝，因为每转一圈被加速一次，根据v22－v12＝2ad，知每转一圈，速度的变化量不等，且v3－v2＜v2－v1，则P1P2＞P3P4，故B错误；当粒子从D形盒中出来时，速度最大，根据r＝得，v＝，知加速粒子的最大速度与D形盒的半径有关，故C正确。2．[多选]质谱仪是用来分析同位素的装置，如图为质谱仪的示意图，其由竖直放置的速度选择器、偏转磁场构成。由三种不同粒子组成的粒子束以某速度沿竖直向下的方向射入速度选择器，该粒子束沿直线穿过底板上的小孔O进入偏转磁场，最终三种粒子分别打在底板MN上的P1、P2、P3三点，已知底板MN上下两侧的匀强磁场方向均垂直纸面向外，且磁感应强度的大小分别为B1、B2，速度选择器中匀强电场的电场强度的大小为E。不计粒子的重力以及它们之间的相互作用，则()A．速度选择器中的电场方向向右，且三种粒子均带正电B．三种粒子的速度大小均为C．如果三种粒子的电荷量相等，则打在P3点的粒子质量最大D．如果三种粒子电荷量均为q，且P1、P3的间距为Δx，则打在P1、P3两点的粒子质量差为解析：选AC根据粒子在磁感应强度为B2的匀强磁场中的运动轨迹可判断粒子带正电，又由于粒子束在速度选择器中沿直线运动，因此电场方向一定向右，A正确；粒子在速度选择器中做匀速直线运动，则电场力与洛伦兹力等大反向，Eq＝B1qv，可得v＝，B错误；粒子在底板MN下侧的磁场中运动时，洛伦兹力充当粒子做圆周运动的向心力，qB2v＝m，可得R＝，如果三种粒子的电荷量相等，粒子的质量越大，其轨道半径也越大，所以打在P3点的粒子质量最大，C正确；由题图可知OP1＝2R1＝、OP3＝2R3＝，由题意可知Δx＝OP3－OP1＝－，因此Δm＝m3－m1＝＝，D错误。对点训练：带电粒子在三类组合场中的运动3.(2018·盐城模拟)如图所示，真空中有一以O点为圆心的圆形匀强磁场区域，半径为R，磁场垂直纸面向里。在y>R的区域存在沿－y方向的匀强电场，电场强度为E。在M点有一粒子源，辐射的粒子以相同的速率v，沿不同方向射入第一象限。发现沿＋x方向射入磁场的粒子穿出磁场进入电场，速度减小到0后又返回磁场。已知粒子的质量为m，电荷量为＋q。粒子重力不计。求：(1)圆形磁场区域磁感应强度的大小；(2)沿＋x方向射入磁场的粒子，从进入磁场到再次穿出所走过的路程；(3)沿与＋x方向成60°角射入的粒子，最终将从磁场的边缘射出，不再进入磁场，求射出点的坐标和粒子从M点运动到射出点的总时间。解析：(1)沿＋x方向射入磁场的粒子进入电场后，速度减小到0，粒子一定是从如图的P点射出磁场，逆着电场线运动，所以粒子在磁场中做圆周运动的半径r＝R根据Bqv＝得B＝。(2)粒子返回磁场后，经磁场偏转后从N点射出磁场，MN为直径，粒子在磁场中的路程为二分之一圆周长s1＝πR设在电场中的路程为s2，根据动能定理得Eq＝mv2s2＝总路程s＝πR＋。(3)如图，沿与＋x方向成60°角射入的粒子，从C点竖直射出、射入磁场，从D点射入、射出电场，最后从N点(MN为直径)射出磁场。所以N点坐标为(2R,0)在磁场中，MC段轨迹圆弧对应圆心角α＝30°，CN段轨迹圆弧对应圆心角θ＝150°，所以在磁场中的时间为半个周期，即t1＝＝粒子在CD段做匀速直线运动，CD＝，则从C到D，再从D返回到C所用时间，t2＝粒子在电场中做匀变速直线运动，加速度a＝t3＝＝总时间t＝＋。答案：(1)(2)πR＋(3)(2R,0)＋4．如图甲所示，为质谱仪的原理示意图。质量为m的带正电粒子从静止开始经过电势...