备考2022年高考物理高频集训专题31 带电粒子在复合场中的运动（解析版）

备考2022年高考物理复习考点集训专题31带电粒子在复合场中的运动一、单选题（本大题共11小题，共44分）1．如图所示，磁流体发电机的通道是一长度为L的矩形管道，通道的左、右两侧壁是导电的，其高为h，间隔为a，而通道的上、下壁是绝缘的，所加匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向与通道的上、下壁垂直且向上。等离子体以速度v沿如图所示的方向射入，已知等离子体的电阻率为ρ，负载电阻为R，不计等离子体的重力，不考虑离子间的相互作用力。下列说法不正确的是（　　）A．该发电机产生的电动势为BvaB．若增大负载电阻的阻值，电源的效率一定增大C．闭合开关后，流过负载R的电流为D．为了保持等离子体恒定的速度v，通道两端需保持一定的压强差【答案】D【解析】A．等离子体通过管道时，在洛伦兹力作用下，正负离子分别偏向右、左两壁，由此产生的电动势等效于金属棒切割磁感线产生的电动势，其值为E=Bav选项A正确，不符合题意；B．电源的效率为若增大负载电阻的阻值，电源的效率一定增大，选项B正确，不符合题意；C．闭合开关后，流过负载R的电流为选项C正确，不符合题意；D．令气流进出管时的压强分别为p1、p2，则气流进出管时压力做功的功率分别为p1Sv和p2Sv，其功率损失为 p1Sv-p2Sv=△pSv由能量守恒，此损失的功率完全转化为回路的电功率，即将S=ha，代入上式中得选项D错误，符合题意。故选D。2．如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在AC板间，虚线中间不需加电场，如图所示，带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，对这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是（　　）A．加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关B．带电粒子每运动一周被加速一次C．带电粒子每运动一周P1P2等于P2P3D．加速电场方向需要做周期性的变化【答案】B【解析】BD．带电粒子只有经过AC板间时被加速，即带电粒子每运动一周被加速一次，电场的方向没有改变，则在AC间加速，电场方向不需要做周期性的变化，故B正确，D错误；C．根据和式中n为加速次数，得可知 所以故C错误；A．当粒子从D形盒中出来时，速度最大，根据知加速粒子的最大速度与D形盒的半径有关，故A错误。故选B。3．如图所示，空间内有一长方形区域，区域内存在着匀强电场（未画出），O、e分别为边、边的中点，且边的长度为边长度的2倍，以边为直径的半圆内有垂直于纸面向里、磁感应强度的匀强磁场（边界上无磁场）。一群不计重力、电荷量的带电粒子以速度沿垂直边的方向且垂直于磁场射入磁场区域，不考虑粒子间的相互作用力，若从O点射入的带电粒子刚好沿直线射出，则下列说法正确的是（　　）A．电场强度大小为，方向与边平行向上B．电场强度大小为，方向与边平行向下C．若完全相同的粒子从的中点沿垂直于边的方向射人磁场区域，将从的中点离开长方形区域D．若完全相同的粒子从的中点沿垂直于边的方向射入磁场区域，将从b点离开长方形区域【答案】B【解析】AB．若从O点射入的带电粒子刚好沿直线射出，则粒子所受的洛伦兹力与电场力平衡，即解得 由左手定则可判断洛伦兹力方向向上，所以电场力方向向下，因为粒子带正电，所以电场方向与边平行向下，A错误，B正确；C．若完全相同的粒子从的中点沿垂直于边的方向射人磁场区域，沿水平方向做匀速直线运动，但离开半圆形区域后在电场力的作用下向下偏转，故不可能从的中点离开长方形区域，C错误；D．若完全相同的粒子从的中点沿垂直于边的方向射入磁场区域，沿水平方向做匀速直线运动，但离开半圆形区域后在电场力的作用下向下偏转，故不可能从b点离开长方形区域，D错误。故选B。4．如图所示为质谱仪的工作原理图，在容器A中存在若干种电荷量q相同而质量m不同的带电粒子，它们可从容器A下方经过窄缝S1和S2之间的电场加速后射入速度选择器，速度选择器中的电场E和磁场B都垂直于离子速度，且E也垂直于B。通过速度选择器的粒子接着进入均匀磁场B0中，沿着半圆周运动后到达照相底片上形成谱线。若测出谱线A到入口S0的距离为x，则下列能正确反映x与m之间函数关系的是（　　）A．B．C．D．【答案】A【解析】粒子进入速度选择器后，受力平衡进入磁场后，由洛伦兹力提供向心力联立可得 由上可知，与成正比。故选A。5．如图所示，劲度系数为k的轻弹簧一端固定在墙上。空间存在水平方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。一个带正电的小物块（可视为质点）从A点以初速度向左运动，接触弹簧后运动到C点时的速度恰好为零，弹簧始终在弹性限度内。已知AC两点间的距离为L，物块与水平面间的动摩擦因数为，重力加速度为g。则物块由A运动到C点的过程中，下列说法正确的是（　　）A．小物块的加速度先不变后减小B．弹簧的弹性势能增加量为C．小物块与弹簧接触的过程中，摩擦力的功率逐渐减小D．小物块运动到C点时速度为零，加速度也一定为零【答案】C【解析】A．物块向左运动过程中，接触弹簧前，小物块受向下的洛伦兹力作用，随速度的减小，洛伦兹力减小，正压力减小，摩擦力减小，加速度减小；接触弹簧后受到向右的弹力作用，随弹力增大，加速度变大，A错误；B．由能量关系可知，弹簧的弹性势能增加量为式子中的f是变化的不等于μmg，B错误；C．小物块与弹簧接触的过程中，速度逐渐减小，则向下的洛伦兹力减小，则摩擦力逐渐减小，摩擦力的功率逐渐减小，C正确；D．物块运动到C点时速度为零，此时弹簧的弹力最大，加速度不为零，D错误。故选C。6．如图所示，三个完全相同的带负电的小球，b处于水平向右的匀强电场中，c处于垂直于纸面向里的匀强磁场中。不计空气阻力，三小球从同一高度静止落下，设它们落地前瞬间的速度大小分别为，则（　　） A．b小球在空中做匀变速曲线运动，轨迹是一条抛物线B．三小球在落地前动量变化率恒定不变C．D．【答案】D【解析】A．b小球受竖直向下的重力和水平向左的恒定的电场力，则两个力的合力方向斜向左下方，且大小方向均不变，因小球由静止开始运动，可知在空中做匀变速直线运动，轨迹是一条直线，选项A错误；B．因动量的变化率等于小球受到的合力，可知ab两小球在落地前动量变化率恒定不变，c球受洛伦兹力是变力，则合力是变力，动量变化率是变化的，选项B错误；CD．ac两球下落时只有重力做功，c球中的洛伦兹力不做功，b球中的电场力也做正功，根据动能定理可知，落地时b球的动能最大，ac动能相同，即选项D正确。故选D。7．绝緣光滑斜面与水平面成角，一质量为m、电荷量为－q的小球从斜面上高h处，以初速度为切方向与斜面底边MN平行射入；如图所示，整个装置处在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于MN且平行于斜面向上。已知斜面足够大，小球能够沿斜面到达底边MN。则下列判断错误的是（　　）A．小球在斜面上做匀变速曲线运动B．小球到达底边MN的时间C．匀强磁场磁感应强度的取值范围为0