专题六 带电粒子在组合场或复合场中的运动.doc

专题六带电粒子在组合场或复合场中的运动
一、选择题(本大题共10小题,在每小题给出的四个备选项中,只有一项符合题目要求)
1.(2014益阳市模拟)如图所示,在互相垂直的匀强电场和匀强磁场中,电荷量为q的液滴在竖直面内做半径为R的匀速圆周运动.已知电场强度为E,磁感应强度为B,则液滴的质量和环绕速度分别为(D)

A. B.
C.B D.
解析:液滴在重力、电场力和洛伦兹力下做匀速圆周运动,可知,液滴受到的重力和电场力是一对平衡力,重力竖直向下,所以电场力竖直向上,与电场方向相同,mg=qE,得m=;液滴在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动的半径为R=,得v=,故选项D正确.
2.(2014重庆市二诊)在高能物理研究中,粒子回旋加速器起着重要作用.回旋加速器的工作原理如图所示,置于真空中的D形金属盒半径为R,磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直.S处粒子源产生的粒子,质量为m、电荷量为+q,初速度不计,在加速器中被加速,加速电压为U.两盒间的狭缝很小,每次加速的时间很短,可以忽略不计,加速过程中不考虑相对论效应和重力作用.下列说法正确的是(D)

A.为使正离子每经过窄缝都被加速,交变电压的频率f=2πm/(qB)
B.粒子第n次与第1次在下半盒中运动的轨道半径之比为
C.若其他条件不变,将加速电压U增大为原来的2倍,则粒子能获得的最大动能增大为原来的2倍
D.若其他条件不变,将D形盒的半径增大为原来的2倍,则粒子获得的最大动能增大为原来的4倍
解析:带电粒子在磁场中运动的周期与电场变化的周期相等,根据qvB=m,则v=,周期T==,与粒子的速度无关,粒子每转半圈,交变电场变化一次,故周期也为T电=,频率为f=,故选项A错误;根据动能定理知nqU=m,粒子第n次与第1次在下半盒中运动的速度之比为1∶,根据r=知轨道半径之比等于速度之比为1∶,故选项B错误;粒子最后均从磁场中沿D形盒边缘飞出,半径r=R=,可知最后速度由D形盒半径决定,与电压无关,根据Ekm=m知动能也是只与D形盒半径有关,故选项C错误、D正确.
3.(2014江西省重点中学联盟十校联考)如图所示为某种质谱仪的工作原理示意图.此质谱仪由以下几部分构成:粒子源N;P、Q间的加速电场;静电分析器,即中心线半径为R的四分之一圆形通道,通道内有均匀辐射电场,方向沿径向指向圆心O,且与圆心O等距的各点电场强度大小相等;磁感应强度为B的有界匀强磁场,方向垂直纸面向外;MO为胶片.由粒子源发出的不同带电粒子,经加速电场加速后进入静电分析器,某些粒子能沿中心线通过静电分析器并经小孔S垂直磁场边界进入磁场,最终打到胶片上的某点.粒子从粒子源发出时的初速度不计,不计粒子所受重力.下列说法中正确的是(C)

A.从小孔S进入磁场的粒子速度大小一定相等
B.从小孔S进入磁场的粒子动能一定相等
C.打到胶片上同一点的粒子速度大小一定相等
D.打到胶片上位置距离O点越远的粒子,比荷越大
解析:对粒子加速过程有Uq=mv2,粒子经过圆形通道后从S射出后,速度不变,与v相同,可见比荷不同,速度就不同,选项A错误;粒子的动能取决于电荷量,电荷量不同动能不同,选项B错误;打到胶片上的位置取决于半径,r==,可见打到胶片相同位置的粒子只与比荷有关,由前面分析之,比荷相同,速度相同,选项C正确;由r的表达式知,打到胶片上位置距离O点越远的粒子,比荷越小,选项D错误.
4.(2013华东师大附中模拟)质量为m、带电荷量为q的小物块,从倾角为θ的光滑绝缘斜面上由静止下滑,整个斜面置于方向水平向里的匀强磁场中,磁感应强度为B,如图所示.若带电小物块下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零,下面说法中错误的是(C)

A.小物块一定带负电荷
B.小物块在斜面上运动时做匀加速直线运动
C.小物块在斜面上运动时做加速度增大速度也增大的变加速直线运动
D.小物块在斜面上下滑过程中,当小物块对斜面作用力为零时的速率为
解析:小物块沿斜面下滑对斜面的作用力为零时受力分析如图所示,小物块受到重力G和垂直于斜面向上的洛伦兹力F,故小物块带负电,选项A正确;小物块在斜面上运动时所受合力等于mgsinθ,且保持不变,小物块做匀加速直线运动,故选项B正确,C错误;小物块在斜面上下滑过程中,当小物块对斜面作用力为零时有qvB=mgcosθ,解得v=,故选项D正确.

5.如图所示为一个质量为m、电荷量为+q的圆环,可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动,细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中,不计空气阻力,现给圆环向右的初速度v0,在以后的运动过程中,圆环运动的速度图像可能是图中的(D)

解析:带电圆环在磁场中受到向上的洛伦兹力,当重力与洛伦兹力相等时,圆环将做匀速直线运动;当洛伦兹力大于重力时,圆环受到摩擦力的作用,并且随着速度的减小而减小,