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带电粒子在电场和磁场中的运动(2)

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2011届高考黄冈中学物理冲刺讲解、练习题、预测题08:第4专题 带电粒子在电场和磁场中的运动(2)

经典考题      

 

 

带电粒子在电场、磁场以及复合场、组合场中的运动问题是每年各地高考的必考内容,留下大量的经典题型,认真地总结归纳这些试题会发现以下特点:

①重这些理论在科学技术上的应用;

②需要较强的空间想象能力

1.图示是科学史上一张著名的实验照片,显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹.云室放置在匀强磁场中,磁场方向垂直照片向里,云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用.分析此径迹可知粒子[2009年高考·安徽理综卷](  )

A.带正电,由下往上运动

B.带正电,由上往下运动

C.带负电,由上往下运动

D.带负电,由下往上运动

【解析】粒子穿过金属板后速度变小,由半径公式r=可知,半径变小,粒子的运动方向为由下向上;又由洛伦兹力的方向指向圆心以及左手定则知粒子带正电.

[答案] A

【点评】题图为安德森发现正电子的云室照片.

2.图示为一“滤速器”装置的示意图.ab为水平放置的平行金属板,一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入ab两板之间.为了选取具有某种特定速率的电子,可在ab间加上电压,并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场,使所选电子仍能够沿水平直线OO′运动,由O′射出.不计重力作用.可能达到上述目的的办法是[2006年高考·全国理综卷Ⅰ](  )

A.使a板的电势高于b板,磁场方向垂直纸面向里

B.使a板的电势低于b板,磁场方向垂直纸面向里

C.使a板的电势高于b板,磁场方向垂直纸面向外

D.使a板的电势低于b板,磁场方向垂直纸面向外

【解析】要使电子能沿直线通过复合场,电子所受电场力与洛伦兹力必是一对平衡力.由左手定则及电场的相关知识可知,选项A、D正确.

[答案] AD

3.图示是质谱仪的工作原理示意图.带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器.速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为BE.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场.下列表述正确的是[2009年高考·广东物理卷](  )

A.质谱仪是分析同位素的重要工具

B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外

C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于

D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的荷质比越小

【解析】粒子在电场中加速有:qUmv2,粒子沿直线通过速度选择器有:EqqvB,粒子在平板S下方磁场中做圆周运动有:r=,由上述过程遵循的规律可知选项A、B、C正确.

[答案] ABC

4.带电粒子的比荷是一个重要的物理量.某中学物理兴趣小组设计了一个实验,探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响,以求得电子的比荷,实验装置如图所示.

(1)他们的主要实验步骤如下.

A.首先在两极板M1M2之间不加任何电场、磁场,开启阴极射线管电源,发射的电子从两极板中央通过,在荧屏的正中心处观察到一个亮点.

B.在M1M2两极板间加合适的电场:加极性如图所示的电压,并逐步调节增大,使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方偏移,直到荧屏上恰好看不见亮点为止,记下此时外加电压为U.请问本步骤的目的是什么?

C.保持步骤B中的电压U不变,对M1M2区域加一个大小、方向均合适的磁场B,使荧屏正中心重现亮点,试问外加磁场的方向如何?

(2)根据上述实验步骤,同学们正确推算出电子的比荷与外加电场、磁场及其他相关量的关系为=.一位同学说,这表明电子的比荷将由外加电压决定,外加电压越大则电子的比荷越大.你认为他的说法正确吗?为什么?

[2007年高考·广东物理卷]

[答案] (1)B.使电子刚好落在正极板的近荧幕端的边缘,利用已知量表达.

C.垂直电场方向向外(垂直纸面向外)

(2)说法不正确,电子的比荷是电子的固有参数.

5.1932年,劳伦斯和利文斯顿设计出了回旋加速器.回旋加速器的工作原理如图所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计.磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直.A处粒子源产生的粒子,质量为m、电荷量为+q,在加速器中被加速,加速电压为U.加速过程中不考虑相对论效应和重力作用.

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