专题卷10 带电粒子在复合场、组合场中的运动-【衡水金卷·先享题】2026年新高考物理二轮复习专题卷

高三二轮复习专题卷十/物理 带电粒子在复合场、组合场中的运动 (考试时间40分钟，满分100分) 一、单项选择题（本题共7小题，每小题6分，共42分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符 合题目要求的)》 1.速度选择器的简化模型如图所示，带正电粒子（不计重力）以速度大小从两平行金属板中央水平 向右进入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，做匀速直线运动。已知匀强电场的电场强度大小为 E和匀强磁场的磁感应强度大小为B,则下列说法正确的是 A.粒子做匀速直线运动的速度大小为是 +9 B.仅改变粒子的速度方向，使粒子以速度大小水平向左进人两平行金属板×××× 间，粒子仍做匀速直线运动 - C.仅增大粒子的电荷量，粒子不做匀速直线运动 D.仅改变粒子的电性，粒子仍做匀速直线运动 2.如图所示为磁流体发电机示意图，其原理为将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正 电和负电的粒子)沿图中所示方向喷射人磁场，磁场的磁感应强度大小为B、方向如图所示，磁场 中有上下两块金属板，这时金属板上就聚集了电荷。两极板间的距离为α，极板宽度为b,长度为 ,气体的流速为，不计重力，下列说法正确的是 前 b A.下极板带正电 B.电流通过滑动变阻器R的方向为从下到上 电离党体 流动方向一 C.稳定时发电机产生的电动势为Bav D.若仅将气体的流速提高至两倍，产生的电动势变为原来的4倍 3.如图所示为霍尔元件的示意图，磁场的磁感应强度大小为B、方向垂直于霍尔元件工作面，霍尔元 件宽为d(左右侧面M、N间的距离)，厚为h(图中上下面间距离)，当通以大小为I、沿图示方向的 电流时，M、N间的电压UN,不计重力，则下列说法正确的是 A.若仅增大h,则M、N间的电压UN一定增大 B.若仅增大B,则M、N间的电压UN一定增大 C.若仅增大I,则M、N间的电压UN一定减小 D.若霍尔元件的载流子是自由电子，则M、N间的电压UN<0 MN 4.电磁血流量计的原理图如图所示。空间存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。 当血液从内径为d的水平血管左侧流人、右侧流出时，因为血液中含有大量的正、负离子，血管上 下两侧间将形成大小为Um的电势差，不计重力。当血液的流量（单位时间内流过血管横截面的 血液体积)一定时，下列说法正确的是 A.血管上侧电势低，下侧电势高 B.若血管内径变大，则血液流速变大 物理第1页（共4页) 衡水金卷·先享题·高 C.若血管内径变大，则Um变小 D.Um的大小与血液流速无关 5.如图所示，在区域I中存在竖直向下的匀强电场，区域Ⅱ中存在垂直纸面向外的匀强磁场，两区域 宽度均为d。一个质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子以初速度沿水平方向从P点射入区域 I,经过Q点进入区域Ⅱ，此时速度方向与水平方向间的夹角为，粒子经过Q点正下方的Q'点。 不计粒子重力，区域I的电场强度大小E和区域Ⅱ的磁感应强度大小B分别为 A.mvitang 2mv 2qd qd 区域I B.mvtan'g 2mvo qd gd 区域Ⅱ C.mvitan mv 2qd qd D.mvtan'g mv qd -，qd 6.在半导体离子注人工艺中，初速度可忽略的离子P+和P3+,经电压为U的电场加速后，垂直进人 磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图所示。已知离子P 在磁场中转过角度0=30°后从磁场右边界射出，不计离子重力，则在电场和磁场中运动时，离子 P+和P3+ A.在磁场中运动的半径之比为3：1 分 B.在电场中的加速度大小之比为1：1 +U- C.在磁场中转过的角度之比为1：2 D.离开磁场区域时的动能之比为1：√③ 7.科学家利用环形装置研究高能粒子特性，其内部结构可简化为如图甲所示的模型，在xOy平面内 存在一个半径为R的圆形匀强磁场区域，=0时磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度随时间变化 的规律如图乙所示，在x<一R范围内存在竖直向下的匀强电场，在x>R范围内存在竖直向上的 匀强电场，两处电场的电场强度大小相同。已知A点坐标为（一R,0),t=0时刻一质量为m、电荷 量为q(q>0)的粒子在A点以沿y轴负方向的初速度v进人圆形磁场，经过时间T达到(R,0)位 置，然后进入右侧的匀强电场中，又经过时间T后从(R,0)位置进人磁场中，不计粒子重力，则下 列说法正确的是 A.磁感应强度大小与电场强度大小的比 ↑B 值为贸 B B.磁感应强度大小与电场强度大小的比 值为朵 甲 C.粒子运动一个周期，运动轨迹的长度为vT十πR D.粒子运动一个周期，运动轨迹的长度为vT+2πR 三二轮复习专题卷十 物理第2页（共4页) 二、多项选择题（本题共3小题，每小题8分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题 目要求，全部选对的得8分，选对但不全的得4分，有选错的得0分) 8.如图所示，足够大的水平面ABCD上方空间有水平向右的匀强电场和水平向左的匀强磁场，电场 强度大小E。=100N/C,磁感应强度大小B。=1.5T。一个不计重力、带正电的粒子以初速度 =150m/s从水平面ABCD上的某点竖直向上射出。已知粒子的电荷量q=1.6×10-10C、质量 m=1.6×1012kg,π≈3。粒子从射出到第一次回到该水平面的过程中，下列说法正确的是 A.粒子能上升的最大高度为2m D Yo B.粒子第一次回到该水平面的位置与射出点间的距离为2√2m C.粒子第一次回到该水平面时的速度大小为250m/s D.粒子从射出到第一次回到该水平面所需的时间为4×102s 9.如图所示，某种质谱仪由加速电场、静电分析器、磁分析器和收集器构成。静电分析器和磁分析器 均是以O点为中心的4圆环形通道，静电分析器中有电场强度方向指向圆心的辐射电场，静电分 析器中半径为R的虚线圆弧上各点的电场强度大小均为E,磁分析器中虚线圆弧上各点的磁感应 强度大小为B(未知)，粒子源可以由静止释放比荷为k的某种带电粒子（不计重力），经加速电场 加速后，垂直射入辐射电场并沿虚线圆弧运动，直到被收集器收集，下列说法正确的是 A.磁场方向垂直纸面向里 静电分析器 磁分析器 B.此种粒子做圆周运动的时间为π√ C,加速电场的加速电压为 ER 加速电场亡 E可 D磁感应强度大小为、隈 粒子源 收集器 10.某控制带电粒子运动的装置模型如图甲所示，纸面内存在上、下宽度均为d的匀强电场与匀强磁 场，电场强度大小为E(未知)、方向竖直向下，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里。现有一 质量为m、电荷量为q的带正电粒子（不计重力）从电场的上边界的O点由静止释放，运动到磁场 的下边界的P点时正好与下边界相切。若把电场下移至磁场所在区域，如图乙所示，重新让粒 子从上边界M点由静止释放，经过一段时间粒子第一次到达最低点N,下列说法正确的是 A.匀强电场的电场强度大小为9B 2m B.粒子从O点运动到P点所用的时间为π十2)m gB X C.粒子经过N点时的速度大小为BgL m D.M,N两点间的竖直距离为5d 4 物理第3页（共4页） 衡水金卷·先享题· 三、非选择题（本题共2小题，共34分。请按要求完成下列各题）》 11.(16分)如图所示，在平面直角坐标系xOy中，虚线垂直于x轴，在y轴和虚线之间的区域有沿x 轴正方向的匀强电场和匀强磁场，电场强度大小E1未知，磁感应强度大小B=B;在虚线的右侧 区域有沿y轴正方向的匀强电场和垂直于坐标平面向外的匀强磁场，电场强度大小E,= 磁感应强度大小B2=0.5B。将质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从坐标原点以与x轴正方 向成0=45°角斜向上的速度射人第一象限，粒子刚好在第一次过x轴时进入虚线右侧区域， 且速度方向与x轴正方向间的夹角为37°，不计粒子的重力，sin37°=0.6，cos37°=0.8，求： (1)粒子在y轴与虚线之间运动的时间； (2)电场强度大小E; (3)粒子在虚线右侧区域运动过程中，离x轴的最大距离。 vo E1 B1 。 12.(18分)如图所示，在直角坐标系xOy的第四象限内有半径为R的圆形匀强磁场区域，圆心O'点 的坐标为(R,一R),磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里。第一象限有边长为2R的正方形 区域Obd,坐标分别为受，0).（迟，0）的P,Q两点间有沿y轴正方向的电场，其电场强度大小 E未知且仅随x变化；边长也为2R的正方形区域cdf内有沿x轴负方向、大小为E。的匀强电 场。位于坐标为(0，一R)的α点的离子源在某时刻同时均匀地向y轴右侧某范围内，发射质量 为m、电荷量为q(q>0)、速率相同的同种离子，通过磁场区域后所有离子均从P、Q点间垂直x 轴进人第一象限，不计重力和离子间相互作用力。 (1)求离子的发射速率o; y (2)求离子从a点出发分别到达P、Q两点所用的时间差△t; (3)要使离子全部打在点，求P、Q点间的电场强度E随x变化的规律。 个E a ×B× 三二轮复习专题卷十 物理第4页（共4页)高三二轮复习 ·物理· 高三二轮复习专题卷十 物理 9 命题要素一览表 注： 1.能力要求： I,理解能力Ⅱ，推理论证能力 Ⅲ，模型建构能力V.创新能力V,实验探究能力 2.学科素养： ①物理观念 ②科学思维③科学探究 ④科学态度与责任 分 知识点 能力要求 学科素养 预估难度 题号 题型 值 (主题内容) W ① ②③ ④ 档次 系数 1 单项选择题 6 速度选择器 易 0.90 2 单项选择题 6 磁流体发电机 易 0.85 3 单项选择题 6 霍尔元件 中 0.75 4 单项选择题 6 电磁血流量计 中 0.70 5 单项选择题 6 带电粒子在组合场中的运动 中 0.60 6 单项选择题 6 带电粒子在组合场中的运动 中 0.60 7 单项选择题 6 带电粒子在组合场中的运动 中 0.60 8 多项选择题 8 带电粒子在复合场中的运动 中 0.70 9 多项选择题 8 质谱仪 中 0.60 带电粒子在组合场、复合场中的 10多项选择题 难 0.55 运动 带电粒子在组合场、复合场中的 11 非选择题 16 中 0.65 运动 12 非选择题 18 带电粒子在组合场中的运动 / 中 0.60 春考答案及解析 一、单项选择题 动，C项错误；根据左手定则可知，粒子做匀速直线运 1.D【解析】粒子做匀速直线运动，故粒子受到的电场 动与电性无关，粒子仍做匀速直线运动，D项正确。 力与洛伦兹力平商，即E=mB,解得。一会，A项结 2.C【解析】由左手定则可知，带正电的粒子受到的洛 伦兹力方向竖直向上，故上极板带正电，电流通过滑 误；粒子以速度大小水平向左进入两平行金属板 动变阻器R的方向为从上到下，A、B项错误；设发电 间，洛伦滋力方向改变，电场力方向不变，粒子不能做 匀速直线运动，B项错误；仅增大粒子的电荷量，粒子 机产生的电动势为E,稳定时，根据受力分析，有号g 受到的电场力与洛伦兹力仍平衡，粒子做匀速直线运 =qB,发电机产生的电动势E=Bav,若仅将气体的 ·35· ·物理· 参考答案及解析 流速提高至两倍，产生的电动势变为原来的2倍，C 6.C 【解析】离子在电场中运动时有qU=号m,离 项正确，D项错误。 3.B【解析】根据左手定则可知，载流子向侧面V偏 子在篮场中运动时有B=m号，联立解得， 转，M、N间存在电势差，故M、N间存在电场，载流 1 子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡状态，设单位 2mU B q ,所以在磁场中运动的半径之比为√：1，A 体积内的我流子数为，由受力平衡可知9 UMN 项错误；在电场中的加速度大小a=E4=, mma,所以在 qB,根据电流的定义式I=nqS=nqvdh,联立可得 电场中的加速度大小之比为1：3，B项错误；设磁场宽 U=引若仅增大么，则M,N间的电压Uw一定 减小，若仅增大B,则M、N间的电压Uw一定增大， 为，根据儿何关系可得sin9==Bl√品：所以 若仅增大I,则M、N间的电压UN一定增大，A,C项 在磁场中转过的角度的正弦值之比为1：3，由于离 错误，B项正确；若霍尔元件的载流子是自由电子，根 子P+在磁场中转过的角度为30°，所以离子P+在磁 据左手定则可知，电子向侧面N偏转，侧面N带负 场中转过的角度为60°，即转过的角度之比为1：2，C 电，侧面M带正电，所以侧面M的电势高，则Uw> 项正确；离开磁场区域时的动能与进入磁场时的动能 0,D项错误。 相等，均为gU,所以动能之比为1：3，D项错误。 4.C【解析】根据左手定则可知，正离子所受洛伦兹力 7.D【解析】粒子经过时间T到达(R,0)位置，结合图 的方向向上，负离子所受洛伦兹力的方向向下，所以 乙由对称性可知，粒子在磁场中做圆周运动的半径 血管上侧聚集正离子，电势高，下侧聚集负离子，电势 低，A项错误：血液的流量Q=S·△=Su,若血管 心R ,由9uB。=n☑ —·角晖寻B。—装，之圣过可 △t 内径变大，则S变大，因Q一定，则血液流速)变小， 后从(R,0)位置进入磁场中，可知粒子第一次经(R, B项错误：稳定时，粒子所受洛伦兹力等于所受的电 0)时速度方向沿y轴负方向，粒子进入匀强电场中先 做匀减速运动，后做匀加速运动，运动过程中加速度 场力，即wB三g片，可得U=Bdu,又Q=Su,S 不变，以y轴负方向为正方向，由动量定理可得 d,联立可得U。-4,所以若d变大，则 π2=1 πd 一9ET=一m一u,解得E=T,故磁感应强度大 Um变小，C项正确；在血液的流量Q一定的条件下， T π，可得Q=rd 根据Un=Bd=4QB, 4,若血液流速v 小与电场强度大小的比值为尺，AB项错误：粒子运 变化，则d变化，Um变化，所以U。的大小与血液流 动一个周期需要在磁场中完成4个半圆，在电场中完 速v有关，D项错误。 成两个匀减速运动和两个匀加速运动，在电场中匀减 5.A【解析】在Q点，竖直方向有y,=wtan0,在区域 速运动的过程中，由动能定理可得一gEx1=0一 I,由牛顿第二定律，有gE=ma,且=2ad,联立解 合，解得x=平，半个圆周运动的路程s= 得E=mam9,在区域Ⅱ，由几何关系得21cos9= 2gd 受，故-个周期运动轨迹的长度Ax=4红十：=T 根据洛伦滋力提供向心力，有9B=m,又 十2πR,C项错误，D项正确。 0S联立解得B=2,A项正确。 二、多项选择题 Vo 8.BC【解析】粒子射出时将受到水平向右的电场力和 垂直纸面向外的洛伦兹力，所以粒子的运动可以看成 区域I 水平向右的匀加速直线运动和竖直面内的匀速圆周 ·1g 区域Ⅱ 01 运动，根据洛伦兹力提供向心力有9%A,=m,解 得r=1m,所以粒子能上升的最大高度为1m,A项 ·36· 高三二轮复习 ·物理· 错误；粒子第一次回到该水平面所需的时间t= T 2,7 C项正确，D项错误。 三、非选择题 =2红”，解得t=0.02s,水平方向的位移大小x= gB 11.(1)2m gB (2)2uB 12元 (3)2m 弓4，a,9,联立解得x=2m,所以粒子第一次 9B 【解析】(1)粒子射入第一象限后，在垂直磁感应强 回到该水平面的位置与射出点间的距离s 度的平面内做匀速圆周运动，有qu Bsin0= √x十(2r)产=2√2m,B项正确，D项错误；粒子第一 (vosin 0)2 (1分) 次回到该水平面时水平速度u,=a,t=200m/s,此时 运动到第一次过x轴的时间刚好是一个周期，则t= 粒子的速度大小v=√十=250m/s,C项正确。 2πr (1分) 9.C【解析】由电场方向可知，粒子带正电，根据洛伦 vosin 0 兹力方向，结合左手定则可知，磁场方向垂直纸面向 解得粒子在y轴与虚线之间运动的时间t=2π” gB 外，A项错误；粒子在电场中做匀速圆周运动，由(E (2分) =mR,可得速度u=√E亟，则粒子做圆周运动的 79 (2)粒子在y轴与虚线之间沿电场方向做匀加速直 时间=恐=√B项正确：由=子m心-0， 线运动，初速度大小=c0s45°= 2% (1分) 可得加速电场的加速电压U=,C项正确：粒子在 粒子经过虚线时，沿x轴方向的分速度大小2= 2 vosin 452v2 v (1分) 磁场中做圆周运动，由qB=m尺，磁感应强度大小 tan37° 3 根据牛顿第二定律有gEi=ma (1分) B√层D项错误 根据运动学公式有2=十at (1分) 10.AC【解析】设粒子在磁场中的速率为u、半径为 联立解得电场强度大小E,-EB (2分) 12π R在加速电场中由动能定理，有g5d=之mm,由洛 (③)粒子进入虚线右侧区域时，由于gB,= 3 qu B= 伦兹力提供向心力，有B=m京，由儿何关系可得 qv:B (1分) R=d,联立可得E=B9L,A项正确：粒子在电场中 因此粒子的运动可以看成是沿x轴正方向以速度 2m 运动的时间4是一貂，在从进人警场至运动到 做匀速直线运动和以速度号心做速铜周 2√2 3 2 运动的合运动，设做圆周运动的半径为R,有9× πn P点所用的时间，==B,粒子从0点运动到 26B,=m 2)2 R (2分) P点所用的时间t=(十严，B项错误：将粒子从 2gB 解得R=√2m (2分) M点到N点的过程中某时刻的速度分解为向右的 分量v,和向下的分量，再把粒子受到的洛伦兹力 因此粒子在虚线右侧运动过程中，离x轴的最大距 分别沿水平方向和竖直方向分解，分别为F= 离为2 (1分) gB q心B,F,=q心，B,设粒子在最低点N的速度大小为 1,M、N两点间的竖直距离为y,水平方向上，由动 12.(1)9BR (2)n n 3aB (3)E=R-E(其中号< 2x 47n 量定理可得m一0=qy,B△t=qBy,由动能定 理可得y=号md-0,联立解得u-B匹， y=d, 【解析】(1)由于通过磁场区域后所有离子均从P,Q ·37· ·物理· 参考答案及解析 点间垂直x轴进入第一象限，则通过PQ中点的离 足os(180°-B)=0Q-R=1 (1分) R 子的运动轨迹对应的圆心在O点，所以离子运动的 可得a=60 (1分) 半径为R,由qB=m (1分) B=120 (1分) 可得离子的发射速度，=B迟 (1分) 离子在磁场中运动的周期T=2π” (1分) gB (2)相同速率的同种离子在磁场中运动的半径相同， 这两个离子出磁场后分别到P、Q两点的距离相等， 由磁发散可知，离子通过P点的速度方向竖直向 所以离子从a点出发分别到达P、Q两点所用的时 上，垂直于x轴，离子通过Q点的速度方向竖直向 间差41=20 (1分) 上，垂直于x轴，如图所示 (3)要使离子全部打在e点，设离子进入正方形区域 cdef的速度大小为v,离子在这个区域内受到的电 场力为9E,则离子的加速度a=E (1分) m -c 水平方向上有x=(号≤< (1分) E 竖直方向上，有2R=t (1分) 可得=R√ 2qEo (2分) a b x kB× 离子在正方形区域Obcd内，做匀加速运动，则2R= 2-0 2a (1分) (2分) 由于OP= R ,OQ=,所以对应P点的离子在磁 其中a'=四 解得P、Q点间的电场强度E随x变化的规律E= 场中运动所对应的圆心角满足cosa=R一OP=】 R 2 盟（其中冬≤<） 2x (2分) 47m (1分) 对应Q点的离子在磁场中运动所对应的圆心角满 ·38·