全国高三物理模拟试题汇编:带电粒子在复合场运动(附答案).pdf
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1、 带电粒子在复合场运动 带电粒子在复合场运动一、单选题一、单选题1(2021合肥模拟)如图所示,空间某区域存在相互正交的匀强电场和匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,电场方向竖直向上,将相距很近的两带电小球 a、b 同时向左、右水平抛出,二者均做匀速圆周运动,经过一段时间,两球碰撞,碰后瞬间速度均为零。已知两球的电荷量分别为 q1,q2,质量分别为 m1、m2,不考虑两球之间的相互作用力。则下列说法正确的是()A两球均带负电Bq1:q2=m2:m1C两球做圆周运动的周期一定相等D两球做圆周运动的半径一定相等二、综合题二、综合题2(2022射洪模拟)如图所示,圆心为 O、半径为 R 的圆形区域 I
2、内有磁感应强度大小为 B1、方向垂直纸面向外的匀强磁场,磁场区域 I 右侧有一宽度也为 R、足够长区域,区域内有方向向右的匀强电场,区域左右边界 CD、FG 与电场垂直,区域 I 边界上过 A 点的切线与电场线平行且与 FG交于 G 点,FG 右侧为方向向外、磁感应强度大小为 B2的匀强磁场区域。在 FG 延长线上距 G 点为 R 处的 M 点放置一长为 3R 的荧光屏 MN,荧光屏与 FG 成=53角。在 A 点处有一个粒子源,能沿纸面向区域 I 内各个方向均匀地发射大量质量为 m、带电荷量为+q 且速率相同的粒子,其中沿AO 方向射入磁场的粒子,恰能平行于电场方向进入区域并垂直打在荧光屏上
3、(不计粒子重力及其相互作用)(1)求粒子的初速度大小 v0和电场的电场强度大小 E;(2)求荧光屏上的发光区域长度x;(3)若改变区域中磁场的磁感应强度大小,要让所有粒子全部打中荧光屏,求区域中磁场的磁感应强度大小应满足的条件。3(2022自贡模拟)电子对湮灭是指电子 e和正电子 e碰撞后湮灭,产生伽马射线的过程,电子对湮灭是正电子发射计算机断层扫描(PET)及正电子湮灭能谱学(PAS)的物理基础如图所示,在平面直角坐标系 xOy 上,P 点在 x 轴上,且 OP2L,Q 点在负 y 轴上某处在第象限内有平行于 y 轴的匀强电场,在第象限内有一圆形区域,与 x、y 轴分别相切于 A、C 两点,
4、OAL,在第象限内有一未知的矩形区域(图中未画出),未知矩形区域和圆形区域内有完全相同的匀强磁场,磁场方向垂直于 xOy 平面向里一束速度大小为 v0的电子束从 A 点沿 y 轴正方向射入磁场,经 C 点射入电场,最后从 P 点射出电场区域;另一束速度大小为v0的正电子束从 Q 点沿与 y 轴正向成 45角的方向射入第象限,而后进入未知矩形磁场区域,离开磁场时正好到达 P 点,且恰好与从 P 点射出的电子束正碰发生湮灭,即相碰时两束粒子速度方向相反已知正、负电子质量均为 m、电荷量大小均为 e,电子的重力不计求:(1)圆形区域内匀强磁场磁感应强度 B 的大小和第象限内匀强电场的场强 E 的大小
5、;(2)电子从 A 点运动到 P 点所用的时间;(3)Q 点纵坐标及未知矩形磁场区域的最小面积 S4(2022南京模拟)如图,竖直平面内有两个匀强磁场区域 I、II,竖直边界线 MN、PQ 相距 L,磁场 I 和 II 的磁感应强度大小之比为 3:5,方向均垂直纸面向里,磁场之间有水平向右的匀强电场。自 MN 上 S 点水平向左释放一带正电粒子甲,甲在电、磁场中形成轨迹封闭的周期性运动.较长时间后撤去该粒子,又在 S 点竖直向下往电场内释放另一个相同粒子乙,也可形成轨迹封闭的周期性运动。粒子电荷量为 q、质量为 m,不计重力,两粒子释放的初速度大小均为 v0。(sin53=0.8,cos53=
6、0.6)求:(1)匀强电场的电场强度 E 的大小;(2)粒子乙的运动周期 T 乙;(3)将两磁场的磁感应强度同时增大为原来的 k 倍(k1),两粒子在各自的运动中可通过 PQ 上同一位置,k 为多大。5(2022盐城模拟)如图甲所示,圆形区域内有一磁感应强度大小为、垂直纸面向外的匀强磁场;紧挨着竖直放置的两平行金属板,板接地,中间有一狭缝。当有粒子通过狭缝时板有电势,且随时间变化的规律如图乙所示。在圆形磁场处的粒子发射装置,以任意角射出质量、电荷量、速率的粒子,在磁场中运动的轨迹半径与圆形磁场的半径正好相等。从圆弧之间离开磁场的粒子均能打在竖直放置的板上,粒子间的相互作用及其重力均可忽略不计。
7、求这部分粒子(1)在磁场中运动的最短时间;(2)到达板上动能的最大值;(3)要保证到达板上速度最大,间距离应满足的条件。6(2022江苏模拟)如图,在竖直面内建立坐标系,第一、四象限内有垂直纸面向里的匀强磁场,平行板、如图放置,两板间距为,板长均为,板带正电,右端位于 y 轴上的点,板在负半轴上且带负电,右端位于坐标轴点,板正中间有一小孔,一质量为 m,电量为的带电粒子从板左边沿向轴正方向以速度水平射入平行板间,穿过小孔、经第三、第四、第一象限,再次进入平行板内。不计粒子的重力,求:(1)粒子从轴上进入第四象限的速度大小;(2)第一、四象限内磁感应强度大小应满足的条件;(3)现将第四象限内磁感
8、应强度大小改为,方向不变,将第一象限内磁场撤除,同时在第一象限内加上平行纸面的匀强电场。仍将粒子从板左边沿向轴正方向以向右水平射入平行板间,最终粒子垂直于轴从点再次进入平行板内,求匀强电场的大小和方向(方向用与轴夹角的正切表示)。7(2022 高三下常州月考)如图甲所示的竖直平面坐标系 xOy 内,存在正交的匀强电场和匀强磁场,已知电场强度 E=2.010-3N/C,方向竖直向上;磁场方向垂直坐标平面,磁感应强度 B 大小为0.5T,方向随时间按图乙所示规律变化(开始时刻,磁场方向垂直纸面向里)。t=0 时刻,有一带正电的微粒以 v0=1.0103m/s 的速度从坐标原点 O 沿 x 轴正向进
9、入场区,恰做匀速圆周运动,g 取10m/s2。试求:(1)带电微粒的比荷;(2)带电微粒从开始时刻起经多长时间到达 x 轴,到达 x 轴上何处;(3)带电微粒能否返回坐标原点?如果可以,则经多长时间返回原点?8(2022淮安模拟)如图所示,坐标系中有平行于 y 轴竖直向上的匀强电场和垂直 xOy 向里的匀强磁场,磁感应强度大小为。不带电的绝缘小球甲用轻质细线悬挂于坐标为的 A 点,带正电的小球乙静止在坐标为(,)的 C 点,两小球可视作质量相等的质点。甲以沿方向的初速度做圆周运动至 C 处与乙发生弹性正碰碰后乙沿圆周运动到 x 轴时速度沿方向,此时磁场反向。甲、乙两小球第一次运动到坐标为(,)
10、的 D 点时恰好再次相撞,重力加速度为。求:(1)两次碰撞间,乙在轴上方和下方运动时间之比;(2)乙小球比荷的大小;(3)甲小球初速度的大小。9(2022海南模拟)如图所示,在 x 轴上方有一匀强电场,电场强度大小为 E,方向沿 y 轴负方向。x 轴下方有一匀强磁场,磁感应强度大小为 B,方向垂直坐标平面向里。一质量为 m、带电量为+q的粒了自 y 轴上的 M 点(0,d)由静止释放,经电场加速及磁场偏转后第一次向上通过 x 轴时,与另一质量也为 m 的不带电粒子发生碰撞,并结合在一起。不计粒子重力,求:(1)带电粒子第一次向上通过 x 轴时的横坐标值;(2)第一次碰撞后经过多长时间,结合成的
11、粒子速度首次为零;(3)若该带电粒子每次向上经过 x 轴时,都与一质量为 m 的不带电粒子发生碰撞,并结合在一起,求带电粒子释放后第 n 次速度为零时的位置坐标。10(2022邵阳模拟)如图所示,在平面直角坐标系 xOy 的第一象限内存在着重直纸面向外、大小为0.01T 的匀强磁场区域 I,在第三象限内存在另一垂直纸面向外的匀强磁场区域 II,在第四象限内存在着沿 x 轴负方向的匀强电场。一质子由坐标为的 P 点以某一初速度 v0进入磁场,速度方向与 y 轴负方向成角,质子沿垂直 x 轴方向进入第四象限的电场,经坐标为的 Q 点第一次进入第三象限内的磁场区域 II,已知 L=0.1m,质子比荷
12、。求:(1)粒子的初速度 v0大小;(2)匀强电场的电场强度 E 的大小;(3)若粒子从电场进入磁场区域 II 时做圆周运动的半径 r=0.5L,求粒子从开始进入电场到第二次进入电场的时间间隔。11(2022淮北模拟)如图所示,在第象限的空间中存在匀强磁场,磁场方向垂直于 xOy 平面(纸面)向外,在第象限的空间中存在匀强电场,场强的方向与 xOy 平面平行,且与 x 轴的负方向成60的夹角斜向下。一质量为 m、带电量为+q 的粒子以速度从 x 轴上的 a 点沿 y 轴的正方向射入磁场,然后从 y 轴上的 b 点飞出磁场区域,从 c 点穿过 x 轴进入匀强电场区域,并且通过 c 点正下方的 d
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