人教10.3 带电粒子在组合场、叠加场中的运动（练）--2023年高考物理一轮复习讲练测（全国通用）（解析版）.docx

专题10.3 带电粒子在组合场、叠加场中的运动
一、单选题
1．如图所示为回旋加速器的示意图，用回旋加速器加速某带电粒子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电周期为T。设D形盒半径为R，不计粒子在两极板间运动的时间，则下列说法正确的是（　　）
A．为了保证粒子在电场中不断被加速，粒子做圆周运动的周期应该为2T
B．被加速的粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大
C．增大加速电场的电压，其余条件不变，带电粒子在D形盒中运动的时间变短
D．若只增大交流电源的电压U，则粒子的最大动能将增大
【答案】C
【解析】
A．为了保证粒子在电场中不断被加速，交流电源的周期应该等于粒子做圆周运动的周期，A错误；
B．根据周期公式可知，被加速的粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期与半径无关，B错误；
C．增大加速电场的电压，其余条件不变，每次加速后粒子获得的动能增加，但最终的动能不变，故在电场中加速的次数减少，带电粒子在D形盒中运动的时间变短，C正确；
D．当粒子被加速到最大速度时，由洛伦兹力提供向心力得
最大动能
联立可得
则若只增大交流电源的电压U，则粒子的最大动能不变，D错误。
故选C。
2．2020年爆发了新冠肺炎，该病毒传播能力非常强，因此研究新冠肺炎病毒株的实验室必须全程都在高度无接触物理防护性条件下操作。武汉病毒研究所是我国防护等级最高的P4实验室，在该实验室中有一种污水流量计，其原理可以简化为如图所示的模型：废液内含有大量正、负离子，从直径为
d的圆柱形容器右侧流入，左侧流出。流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，下列说法正确的是（　　）
A．带电粒子所受洛伦兹力的方向水平向左
B．正、负粒子所受洛伦兹力的方向是相同的
C．污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速
D．只需要测量M、N两点间的电压就能够推算废液的流量
【答案】D
【解析】
AB．根据左手定则，正电荷受到竖直向下的洛伦兹力，负电荷受到竖直向上的洛伦兹力，故AB错误；
C．不带电的液体在磁场中流动时，由于没有自由电荷，不能形成电场，MN两点没有电势差，因此无法测出流速，故C错误；
D．计算液体的流速，根据
可得流速
流量
故D正确。
故选D。
3．质谱仪可以测定有机化合物分子结构，其过程可简化为如图所示。样品室现有某有机物气体分子在离子化室碎裂成带正电、初速度为零的离子，再经过高压电源区、圆形磁场室（内为匀强磁场、真空管，最后打在记录仪上，通过测量可测出离子比荷，从而推测有机物的分子结构。已知高压电源的电压为U，圆形磁场区的半径为R，内部的磁感应强度大小为B。真空管写水平面夹角为θ，离子进入磁场室时速度方向指向圆心。则（　　）
A．高压电源A端接电源的正极
B．磁场室内磁场方向为垂直纸面向里
C．磁场室内两同位素的运动轨迹分别为轨迹I和II，则轨迹I的同位素质量较大
D．记录仪接收到的信号对应的离子比荷
【答案】D
【解析】
AB．正离子在电场中加速，可以判断高压电源A端应接负极，同时根据左手定则知，磁场室的磁场方向应垂直纸面向外，AB错误；
C．设离子通过高压电源后的速度为v，由动能定理可得
离子在磁场中偏转，则
联立得出
由此可见，质量大的离子的运动轨迹半径大，则轨迹II的同位素质量较大，C错误；
D．离子在磁场中偏转轨迹如图所示
由几何关系可知
可解得
D正确。
故选D。
二、多选题
4．如图所示，在平面内，x>0的空间区域存在场强大小为E=25 N/C的匀强电场，在x≥0、y≤3m的区域内存在垂直于纸面的磁场。一带负电的粒子比荷为0.1C/kg，从坐标原点O以某一初速度射入电、磁场，经过P（4m，3m）点时的动能为O点动能的0.2倍，且速度方向沿y轴正方向，最后从M（0，5m）点射出电场，此时动能为O点动能的0.52倍，粒子重力不计。以下说法正确的是（　　）
A．粒子在O点所受洛伦兹力大小是P点洛伦兹力的倍
B．粒子所受电场力沿x轴负方向
C．从P点到M点运动时间为2 s
D．从P点到M点速度变化量的大小为，方向与PO平行
【答案】ACD
【解析】
A．设初动能为Ek，则粒子运动到P点和M点的动能分别为0.2Ek和0.52Ek，根据
可得
选项A正确；
BC．粒子由O点运动到P点，由动能定理
粒子由O点运动到M点，由动能定理得
由以上两式可得
在匀强电场中电势