专题突破练12 带电粒子在复合场中的运动（Word练习）-【优化指导】2024高考物理二轮复习高中总复习·第2轮（新教材）

专题突破练(十二)　带电粒子在复合场中的运动 1．(多选)(2023·湖南岳阳模拟)如图所示，下端封闭、上端开口、内壁光滑的细玻璃管竖直放置，管底有一个带电的小球。整个装置水平匀速向右运动，垂直于磁场方向进入方向水平的匀强磁场，由于外力的作用，玻璃管在磁场中的速度保持不变，最终小球从上端口飞出，则从进入磁场到小球飞出端口前的过程中(　　) A．小球带负电荷 B．小球做类平抛运动 C．洛伦兹力对小球做正功 D．管壁的弹力对小球做正功 BD　解析：依据左手定则可知，小球带正电荷，A错误；设小球竖直分速度为vy、水平分速度为v，以小球为研究对象，受力如图所示，由于小球随玻璃管在水平方向做匀速直线运动，则竖直方向的洛伦兹力F1＝qvB是恒力，由牛顿第二定律得qvB－mg＝ma，小球的加速度不随时间变化，故小球在竖直方向做匀加速直线运动，在水平方向做匀速直线运动，则小球运动轨迹是抛物线，B正确；洛伦兹力方向总是与小球的速度方向垂直，对小球不做功，C错误；管壁的弹力向右，与水平位移方向相同，对小球做正功，D正确。 2．(2023·广东汕头二模)如图所示，一个粒子源发出很多种带电粒子，经速度选择器后仅有甲、乙、丙、丁四种粒子沿平行于纸面的水平直线穿过竖直挡板MN上的小孔O，之后进入正方形虚线框内，虚线框内分布着垂直于纸面向里的匀强磁场，四种粒子的运动轨迹如图所示，则关于速度选择器两极板间磁场方向和四种粒子的比荷大小说法正确的是(　　) A．垂直于纸面向里，甲的比荷最大 B．垂直于纸面向里，丙的比荷最大 C．垂直于纸面向外，丙的比荷最大 D．垂直于纸面向外，丁的比荷最大 A　解析：甲、乙粒子向上偏转，根据左手定则可知甲、乙粒子带正电，所以甲、乙粒子在速度选择器中所受电场力向下，则所受洛伦兹力向上，所以速度选择器两极板间磁场方向垂直于纸面向里；设粒子在磁场中运动的半径为R，根据牛顿第二定律有qvB＝m，解得R＝，易知四种粒子的速度大小相同，满足qvB＝qE，所以R越小，比荷越大，所以甲的比荷最大。综上所述，A正确。 3．(多选)(2023·天津南开模拟)如图所示的是回旋加速器的示意图。两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一个质子从加速器的A处开始加速。已知D形盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，高频交变电源的电压为U，频率为f，质子质量为m，电荷量为q。下列说法正确的是(　　) A．质子的最大速度不超过2πRf B．质子的最大动能为 C．只增大磁感应强度B，回旋加速器仍可正常工作 D．在不改变所加交变电源频率和磁场的情况下，可直接对氦核(He)进行加速 AB　解析：质子能在回旋加速器中一直加速的条件是质子在磁场中做圆周运动的周期等于所接高频交流电源周期，即＝T＝，质子一直加速，则出回旋加速器时速度最大，此时半径为R，有vm＝＝2πRf，则质子的最大速度不超过2πRf，A正确；质子的最大动能为Ek＝mv＝m(2πRf)2＝2mπ2R2·()2＝，B正确；如果只增大磁感应强度，则质子在磁场中做圆周运动的周期将变小，不等于交流电源的周期，则回旋加速器不能正常工作，C错误；在不改变所加交变电源频率和磁场的情况下，只要粒子的比荷与质子的相同，回旋加速器就能正常使用，而氦核的比荷与质子的比荷不相等，D错误。 4．(2021·福建卷)一对平行金属板中存在匀强电场和匀强磁场，其中电场的方向与金属板垂直，磁场的方向与金属板平行且垂直于纸面向里，如图所示。一个质子(H)以速度v0自O点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动。下列粒子分别自O点沿中轴线射入，能够做匀速直线运动的是(所有粒子均不考虑重力的影响)(　　) A．以速度射入的正电子(e) B．以速度v0射入的电子(e) C．以速度2v0射入的氘核(H) D．以速度4v0射入的α粒子(He) B　解析：质子(H)以速度v0自O点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动，将受到向上的洛伦兹力和向下的电场力，满足qv0B＝qE，解得v0＝，即质子的速度满足速度选择器的条件。以速度的射入的正电子(e)，所受的洛伦兹力小于电场力，正电子将向下偏转，A错误；以速度v0射入的电子(e)，依然满足电场力与洛伦兹力平衡，而做匀速直线运动，即速度选择器不选择电性而只选择速度，B正确；以速度2v0射入的氘核(H)及以速度4v0射入的α粒子(He)，其速度都不满足速度选择器的条件v0＝，故都不能做匀速直线运动，C、D错误。 5．(多选)(2022·浙江6月选考)如图为某一径向电场的示意图，电场强度大小可表示为E＝，a为常量。比荷相同的两个粒子在半径r不同的圆轨道运动。不考虑粒子间的相互作用及重力，则(　　) A．轨道半径r小的粒子角速度一定小 B．电荷量大的粒子的动能一定大 C．粒子的速度大小与轨道半径r一定无关