2021届高考物理二轮专题突破练　带电粒子在组合场中的运动(含解析)

专题突破练　带电粒子在组合场中的运动 一、选择题 1.某种质谱仪的原理如图所示。高速原子核从A点沿AC方向进入平行正对的金属平板之间,板间有方向如图所示大小为E的匀强电场,还有垂直于纸面、磁感应强度大小为B1的匀强磁场(图中未画出)。符合条件的原子核能从C点沿半径方向射入半径为R的圆形磁场区域,该区域磁感应强度大小为B2,方向垂直于纸面向外。接收器安放在与圆形磁场共圆心的弧形轨道上,其位置由OP与OD的夹角θ描述。不考虑原子核所受重力对运动的影响,质子的电荷量为e,下列说法正确的是 (　　) A.B1方向垂直于纸面向外 B.能从C点进入圆形磁场的原子核的速度v= C.若某原子核的原子序数为Z,实验中接收器在θ所对应位置能接收原子核,则该原子核的质量m= D.现用此仪器分析氢的同位素,若在θ=120°的位置能接收到氕核,那么将接收器放于θ=60°的位置能接收到氚核 答案　BCD　粒子进入电场和磁场做匀速直线运动,则电场力与洛伦兹力大小相等,方向相反,因为原子核带正电,所以磁场B1的方向垂直于纸面向里,由qvB1=qE,解得v=,故选项A错误,B正确;若某原子核的原子序数为Z,实验中接收器在θ所对应位置能接收原子核,则粒子的轨迹刚好与OP相切,即粒子的偏转角为θ,由几何知识可得粒子做圆周运动的半径r=,根据r=,联立解得m=,故选项C正确;由C分析可知 tan =,令氕核的比荷为1,则氚核的比荷为,所以氕核偏转角一半的正切值为氚核偏转角一半的正切值的3倍,由数学知识可知,若在θ=120°的位置才能接收到氕核,应该将接收器放于θ=60°的位置才能接收到氚核,故选项D正确。 2.(2020福建泉州一模)如图,大量的甲、乙两种离子初速度均为零,经相同电压加速后,从宽度为L的狭缝中垂直射入匀强磁场中。已知从狭缝右边缘入射的离子分别打在底片上的a、b两点。甲离子和乙离子的电荷量相同,甲的质量比乙大,这两种离子打到底片的区域恰好不重叠,离子重力及离子间的相互作用力均不计。下列说法正确的是 (　　) A.从狭缝右边缘入射后打在a点的为甲离子 B.底片上有离子打到的区域长度为2L C.若增大加速电压,则甲、乙离子打到底片上有重叠 D.若增大磁感应强度,则甲、乙离子打到底片上有重叠 答案　BD　根据动能定理有Uq=mv2,离子在磁场中做圆周运动,根据qvB=m,解得离子运动的半径r=,可知因甲的质量比乙大,甲的运动半径大,打在a点的为乙离子,故A错误;两种离子打到底片的区域恰好不重叠说明甲离子在最左侧射入到达磁场的位置与乙离子在最右侧射入到达磁场的位置重合,底片上有离子打到的区域长度为2L,故B正确;若增大加速电压,可知离子运动的半径增大,有r甲-r乙>,二者不会重叠,故C错误;若增大磁感应强度,离子运动的半径减小,有r甲-r乙<,故甲、乙离子打到底片上有重叠,故D正确。 3.(2020山东百师联盟模拟)如图所示为某种质谱仪的原理图。容器A中有由大量HH和He混合的粒子,均可从容器A下方的窄缝S1无初速地飘入电势差为U的加速电场,经窄缝S2、S3沿与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后均能打到底片D上,在底片上只显示了两条感光谱线a、b。不计粒子重力,下列说法正确的是 (　　) A.打在a处的粒子只有H B.打在b处的粒子只有H C.打在a、b两处的粒子在匀强磁场中运动的半径之比为1∶ D.打在a、b两处的粒子在匀强磁场中运动的时间之比为2∶1 答案　AC　设H的质量为m,电荷量为q,粒子在电场中加速运动,根据动能定理可知qU=mv2 进入磁场后,洛伦兹力提供向心力,有qvB=m 解得半径r=· 对比HH和He的质量和电荷量关系可知,比荷越小的粒子半径越大,故打在a处的粒子只有H,半径r=·H和He打在b处,则运动半径之比为1∶,故A、C正确,B错误;粒子在磁场中的运动周期T=,运动轨迹都是半圆,则运动时间t=,对比HH和He的质量和电荷量关系可知,打在a、b两处的粒子在匀强磁场中运动的时间之比为1∶2,故D错误。 4.(2020福建泉州二模改编)如图,一带负电的圆环套在倾斜固定的粗糙绝缘长直杆上,圆环的直径略大于杆的直径,杆处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中。现给圆环一沿杆向上的初速度v0,在以后的运动过程中,下列关于圆环的速度v随时间t的变化关系图线,可能正确的是 (　　) 答案　C　当qBv0>mg cos θ时,圆环受到的支持力FN=qBv-mg cos θ,由于圆环的速度减小,所以圆环受到的支持力变小,当速度减小到洛伦兹力小于mg cos θ后,圆环受到的支持力逐渐变大,所以摩擦力Ff=μFN先变小后变大,圆环减速的加速度a=也先变小后变大,当速度变小为零时,若μ≥tan θ,圆环静止,若μ<tan θ,圆环将向下做加速度