（全國通用）2020年高考物理一輪題復習 第九章 磁場 微專題63 帶電粒子在疊加場中的運動

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1、帶電粒子在疊加場中的運動 1考點及要求：(1)帶電粒子在勻強磁場中的運動()；(2)質譜儀().2.方法與技巧：(1)若帶電粒子在疊加場中做勻速直線運動，則重力、電場力與磁場力的合力為零；(2)若帶電粒子在疊加場中做勻速圓周運動，則重力與電場力等大、反向1有一電荷量為q，重力為G的小球，從豎直的帶電平行板上方h處自由落下，兩極板間勻強磁場的磁感應強度為B，方向如圖1所示，則帶電小球通過有電場和磁場的空間時()圖1A一定做曲線運動B不可能做曲線運動C有可能做勻速運動D有可能做勻加速直線運動2(多選)如圖2所示，豎直放置的兩塊很大的平行金屬板a、b，相距為d，ab間的電場強度為E，今有一帶正電的粒

2、子從a板下邊緣以初速度v0豎直向上射入電場，當它飛到b板時，速度大小不變，而方向變成水平方向，且剛好從高度也為d的狹縫穿過b板而進入bc區(qū)域，bc區(qū)域的寬度也為d，所加電場的場強大小為E，方向豎直向上；磁感應強度方向垂直紙面向里，磁感應強度大小等于，重力加速度為g，則下列說法中正確的是()圖2A粒子在ab區(qū)域中做勻變速運動，運動時間為B粒子在bc區(qū)域中做勻速圓周運動，圓周半徑rdC粒子在bc區(qū)域中做勻速直線運動，運動時間為D粒子在ab、bc區(qū)域中運動的總時間為3如圖3所示，水平放置的平行金屬板a、b帶有等量正負電荷，a板帶正電，兩板間有垂直于紙面向里的勻強磁場，一個帶正電的粒子在兩板間做直線運

3、動，粒子的重力不計關于粒子在兩板間運動的情況，正確的是()圖3A可能向右做勻加速直線運動B可能向左做勻加速直線運動C只能是向右做勻速直線運動D只能是向左做勻速直線運動4如圖4所示，虛線空間中存在由勻強電場E和勻強磁場B組成的正交或平行的電場和磁場，有一個帶正電小球(電荷量為q，質量為m)從正交或平行的電磁復合場上方的某一高度自由落下，那么，帶電小球可能沿直線通過的是()圖4A B C D5如圖5所示，是質譜儀的工作原理示意圖帶電粒子被加速電場加速后，進入速度選擇器速度選擇器內存在相互正交的勻強磁場和勻強電場，強度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下

4、方有磁感應強度為B0的勻強磁場下列表述錯誤的是()圖5A質譜儀是分析同位素的重要工具B速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外C能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于D粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小6如圖6所示，一個質量為m、電荷量為q的帶電小球從M點自由下落，M點距場區(qū)邊界PQ高為h，邊界PQ下方有方向豎直向下、電場強度為E的勻強電場，同時還有垂直于紙面的勻強磁場，小球從邊界上的a點進入復合場后，恰能做勻速圓周運動，并從邊界上的b點穿出，重力加速度為g，不計空氣阻力，則以下說法正確的是()圖6A小球帶負電荷，勻強磁場方向垂直于紙面向外B小球的電荷量與質量的比值C小球從a運動到b的過程中

5、，小球和地球系統(tǒng)機械能守恒D小球在a、b兩點的速度相同7如圖7所示，整個空間存在水平向左的勻強電場，MN的右側存在垂直紙面向里的勻強磁場由絕緣材料制成的光滑軌道AC與水平面的夾角為，C點處于MN邊界上，其延長線為CD.一質量為m的帶電小球沿軌道AC下滑，至C點后沿直線CD運動則以下說法錯誤的是()圖7A小球帶正電荷B小球在MN左側做勻加速直線運動C小球在MN右側做勻速直線運動D小球在MN的右側所受洛倫茲力為8(多選)一塊橫截面為矩形的金屬導體的寬度為b，厚度為d，將導體置于一磁感應強度為B的勻強磁場中，磁感應強度的方向垂直于側面，如圖8所示當在導體中通以圖示方向的電流I時，在導體的上下表面間用

6、電壓表測得的電壓為UH，已知自由電子的電量為e，則下列判斷正確的是()圖8A導體內自由電子只受洛倫茲力作用B用電壓表測UH時，電壓表的“”接線柱接下表面C金屬導體的厚度d越大，UH越小D該導體單位體積內的自由電子數為9(多選)如圖9甲所示，絕緣輕質細繩一端固定在方向相互垂直的勻強電場和勻強磁場中的O點，另一端連接帶正電的小球，小球電荷量q6107 C，在圖示坐標中，電場方向沿豎直方向，坐標原點O的電勢為零當小球以2 m/s的速率繞O點在豎直平面內做勻速圓周運動時，細繩上的拉力剛好為零在小球從最低點運動到最高點的過程中，軌跡上每點的電勢隨縱坐標y的變化關系如圖乙所示，重力加速度g10 m/s2，

7、則下列判斷正確的是()圖9A勻強電場的場強大小為3.2106 V/mB小球重力勢能增加最多的過程中，電勢能減少了2.4 JC小球做順時針方向的勻速圓周運動D小球所受的洛倫茲力的大小為3 N10如圖10所示，與水平面成37角的傾斜軌道AC，其延長線在D點與半圓軌道DF相切，全部軌道為絕緣材料制成且位于豎直面內，整個空間存在水平向左的勻強電場，MN的右側存在垂直紙面向里的勻強磁場(C點處于MN邊界上)一質量為0.4 kg的帶電小球沿軌道AC下滑，至C點時速度為vC m/s，接著沿直線CD勻速運動到D處進入半圓軌道，進入時無動能損失，且恰好能通過F點，在F點速度為vF4 m/s(不計空氣阻力，g10

8、 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)求：圖10(1)小球帶何種電荷？(2)小球在半圓軌道部分克服摩擦力所做的功；(3)小球從F點飛出時磁場同時消失，小球離開F點后的運動軌跡與直線AC(或延長線)的交點為G點(未標出)，求G點到D點的距離(計算結果均保留三位有效數字)11如圖11所示，在真空室中平面直角坐標系的y軸豎直向上，x軸上的P點與Q點關于坐標原點O對稱，P、Q間的距離d30 cm.坐標系所在空間存在一勻強電場，場強的大小E1.0 N/C.一帶電油滴在xOy平面內，從P點與x軸正方向成30的夾角射出，該油滴將做勻速直線運動，已知油滴以速度v2.0 m/s射出，所帶電荷量q1

9、.0107 C，重力加速度為g10 m/s2.圖11(1)求油滴的質量m.(2)若在空間疊加一個垂直于xOy平面的圓形有界勻強磁場，使油滴通過Q點，且其運動軌跡關于y軸對稱已知磁場的磁感應強度大小為B2.0 T，求：油滴在磁場中運動的時間t；圓形磁場區(qū)域的最小面積S.(結果保留兩位有效數字)答案解析1A帶電小球在重力場、電場和磁場中運動，所受重力、電場力是恒力，但受到的洛倫茲力是隨速度的變化而變化的變力，因此小球不可能處于平衡狀態(tài)，也不可能在電、磁場中做勻變速運動，故選項A正確2AD粒子在ab區(qū)域中豎直方向受到重力作用，水平方向受到電場力作用，由于都是恒力，故粒子做勻變速運動，由對稱性可知Eq

10、mg，在豎直方向v0gt1，則t1，或t1，選項A正確；粒子在剛進入bc區(qū)域時，受到向下的重力、向上的電場力和向上的洛倫茲力作用，由于B，則Bqv0Eqmg，由于重力和電場力平衡，故粒子做勻速圓周運動，半徑為r2d，故選項B、C錯誤；由幾何關系可知，粒子在bc區(qū)域運動的圓心角為30，故所用的時間t2，所以粒子在ab、bc區(qū)域中運動的總時間為tt1t2，選項D正確3C受分分析可知靜電力向下，洛倫茲力必向上，則速度方向向右；洛倫茲力與速度大小有關，因此只能為勻速直線運動，故選項C正確4B帶電小球進入復合場時受力情況如圖，其中只有、兩種情況下合外力可能為零或與速度的方向相同，所以有可能沿直線通過復合

11、場區(qū)域，中力qvB隨速度v的增大而增大，所以三力的合力不會總保持在豎直方向，合力與速度方向將產生夾角，做曲線運動，所以錯，同理也錯選項B正確5D粒子在題圖中的加速電場中加速，說明粒子帶正電，其通過速度選擇器時，電場力與洛倫茲力平衡，則洛倫茲力方向應水平向左，由左手定則知，磁場的方向應垂直紙面向外，選項B正確；由EqBqv可知，v，選項C正確；粒子打在膠片上的位置到狹縫的距離即為其做勻速圓周運動的直徑D，可見D越小，則粒子的比荷越大，D不同，則粒子的比荷不同，因此利用該裝置可以分析同位素，A正確，D錯誤6B帶電小球在磁場中做勻速圓周運動，則qEmg，選項B正確；電場方向豎直向下，則可知小球帶負電

12、，由于小球從b點射出，根據左手定則可知磁場垂直紙面向里，選項A錯誤；小球運動過程中，電場力做功，故小球和地球系統(tǒng)的機械能不守恒，只是a、b兩點機械能相等，選項C錯誤；小球在a、b兩點速度方向相反，故選項D錯誤7B小球在MN右側受洛倫茲力作用，做直線運動時因重力、靜電力不變，所以洛倫茲力也不變化，由F洛qvB可知v不變，則小球在MN右側一定做勻速直線運動，故C對小球受力如圖所示，由左手定則可知小球帶正電，小球在MN的左側做勻速直線運動，并且有F洛，故A、D對，B錯8BD定向移動的電子受到洛倫茲力發(fā)生偏轉，在上下表面間形成電勢差，最終電子在電場力和洛倫茲力作用下處于平衡，故A錯誤；由題圖知，磁場方

13、向向里，電流方向向右，則電子向左移動，根據左手定則，電子向上表面偏轉，則上表面得到電子帶負電，那么下表面帶正電，所以電壓表的“”接線柱接下表面，故B正確；根據電場力與洛倫茲力平衡，則有：eeBv，解得：UHBdv.則金屬導體的厚度d越大，UH越大，故C錯誤；根據eeBv，再由IneSvnebdv，得導體單位體積內的自由電子數為：n，故D正確9BD由勻強電場的場強公式E結合題圖乙，可得E V/m5106 V/m，故A錯誤；由功能關系W電Ep，W電qU61074106 J2.4 J，即電勢能減少了2.4 J，故B正確；當小球以2 m/s的速率繞O點在豎直平面內做勻速圓周運動時，細繩上的拉力剛好為零

14、，說明是洛倫茲力提供向心力，由左手定則得小球應該做逆時針方向的圓周運動，故C錯誤；重力和電場力是一對平衡力，有qEmg，得m0.3 kg，由洛倫茲力提供向心力可知洛倫茲力為Fm N3 N，故D正確故選B、D.10見解析解析(1)據題意可知小球在CD間做勻速直線運動，在CD段小球受到重力、電場力、洛倫茲力作用且合力為0，因此小球應帶正電荷(2)在D點速度為vDvC m/s設重力與電場力的合力為F，則FqvCB又F5 N，解得qB 在F處由牛頓第二定律可得qvFBF把qB 代入得R1 m設小球在DF段克服摩擦力做功為Wf，由動能定理可得Wf2FRWf27.6 J(3)小球離開F點后做類平拋運動，其

15、加速度為a由2R得t s交點G與D點的距離GDvFt m2.26 m.11(1)1.0108 kg(2) s7.9103 m2解析(1)對帶電油滴進行受力分析，根據牛頓運動定律有qEmg0所以m1.0108 kg(2)帶電油滴進入勻強磁場，其軌跡如圖甲所示，設其做勻速圓周運動的半徑為R、周期為T、油滴在磁場中運動時間為t，根據牛頓第二定律：由qvB得R0.1 m所以T0.1 s設帶電油滴從M點進入磁場，從N點射出磁場，由于油滴的運動軌跡關于y軸對稱，如圖所示，根據幾何關系可知MON60，所以帶電油滴在磁場中運動的時間t s連接M、N，當MN為圓形磁場的直徑時，圓形磁場區(qū)域的面積最小，如圖乙所示根據幾何關系得圓形磁場的半徑rRsin 300.05 m其面積為Sr20.002 5 m27.9103 m2.