2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第9章 第3課時 帶電粒子在復(fù)合場中的運動課時作業(yè)（含解析）

2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第9章 第3課時 帶電粒子在復(fù)合場中的運動課時作業(yè)（含解析）一、單項選擇題1.如圖1所示，空間存在水平向左的勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場在該區(qū)域中，有一個豎直放置的光滑絕緣圓環(huán)，環(huán)上套有一個帶正電的小球O點為圓環(huán)的圓心，a、b、c、d為圓環(huán)上的四個點，a點為最高點，c點為最低點，b、O、d三點在同一水平線上已知小球所受電場力與重力大小相等現(xiàn)將小球從環(huán)的頂端a點由靜止釋放，下列判斷正確的是()圖1A小球能越過d點并繼續(xù)沿環(huán)向上運動B當(dāng)小球運動到c點時，所受洛倫茲力最大C小球從a點運動到b點的過程中，重力勢能減小，電勢能增大D小球從b點運動到c點的過程中，電勢能增大，動能先增大后減小【答案】D【解析】由題意可知，小球運動的等效最低點在b、c中間，因此當(dāng)小球運動到d點時速度為0，不能繼續(xù)向上運動，選項A錯誤；小球在等效最低點時速度最大，所受洛倫茲力最大，選項B錯誤；小球從a運動到b的過程中，重力做正功，電場力也做正功，所以重力勢能與電勢能均減小，選項C錯誤；小球從b運動到c的過程中，電場力做負(fù)功，電勢能增大，合外力先做正功再做負(fù)功，動能先增大后減小，選項D正確2.醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時，利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度電磁血流計由一對電極a和b以及一對磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場是均勻的使用時，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖2所示由于血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場中運動，電極a、b之間會有微小電勢差在達(dá)到平衡時，血管內(nèi)部的電場可看作是勻強電場，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零在某次監(jiān)測中，兩觸點間的距離為3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點間的電勢差為160 V，磁感應(yīng)強度的大小為0.040 T則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為()圖2A1.3 m/s，a正、b負(fù)B2.7 m/s，a正、b負(fù)C1.3 m/s，a負(fù)、b正D2.7 m/s，a負(fù)、b正【答案】A【解析】根據(jù)左手定則，可知a正、b負(fù)，所以C、D錯；因為離子在場中所受合力為零，Bqvq，所以v1.3 m/s，A對，B錯3.目前有一種磁強計，用于測定地磁場的磁感應(yīng)強度磁強計的原理如圖3所示，電路有一段金屬導(dǎo)體，它的橫截面是寬為a、高為b的長方形，放在沿y軸正方向的勻強磁場中，導(dǎo)體中通有沿x軸正方向、大小為I的電流已知金屬導(dǎo)體單位體積中的自由電子數(shù)為n，電子電荷量為e，金屬導(dǎo)電過程中，自由電子所作的定向移動可視為勻速運動兩電極M、N均與金屬導(dǎo)體的前后兩側(cè)接觸，用電壓表測出金屬導(dǎo)體前后兩個側(cè)面間的電勢差為U.則磁感應(yīng)強度的大小和電極M、N的正負(fù)為()圖3A.，M正、N負(fù)B，M正、N負(fù)C.，M負(fù)、N正D，M負(fù)、N正【答案】C【解析】由左手定則知，金屬中的電子在洛倫茲力的作用下將向前側(cè)面聚集、故M負(fù)、N正由F電f，即eBev，InevSnevab，得B.4有一個帶電荷量為q、重為G的小球，從兩豎直的帶電平行板上方h處自由落下，兩極板間另有勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，方向如圖4所示，則帶電小球通過有電場和磁場的空間時，下列說法正確的是()圖4A一定做曲線運動B不可能做曲線運動C有可能做勻加速運動D有可能做勻速運動【答案】A5如圖5所示，粗糙的足夠長的豎直木桿上套有一個帶電的小球，整個裝置處在由水平勻強電場和垂直紙面向外的勻強磁場組成的足夠大的復(fù)合場中，小球由靜止開始下滑，在整個運動過程中小球的vt圖象為下圖中的()圖5【答案】C【解析】小球下滑過程中，qE與qvB反向，開始下落時qE>qvB，所以a，隨下落速度v的增大a逐漸增大；當(dāng)qE<qvB之后，其a，隨下落速度v的增大a逐漸減?。蛔詈骯0，小球勻速下落，故圖C正確，A、B、D錯誤二、雙項選擇題6.(xx·南昌調(diào)研)某空間存在水平方向的勻強電場(圖中未畫出)，帶電小球沿如圖6所示的直線斜向下由A點沿直線向B點運動，此空間同時存在由A指向B的勻強磁場，則下列說法正確的是()圖6A小球一定帶正電B小球可能做勻速直線運動C帶電小球一定做勻加速直線運動D運動過程中，小球的機(jī)械能增大【答案】CD【解析】由于重力方向豎直向下，空間存在磁場，且直線運動方向斜向下，與磁場方向相同，故不受磁場力作用，電場力必水平向右，但電場具體方向未知，故不能判斷帶電小球的電性，選項A錯誤；重力和電場力的合力不為零，故不是勻速直線運動，所以選項B錯誤；因為重力與電場力的合力方向與運動方向相同，故小球一定做勻加速運動，選項C正確；運動過程中由于電場力做正功，故機(jī)械能增大，選項D正確7(xx·汕頭測評)如圖7所示，水平放置的兩塊平行金屬板，充電后與電源斷開板間存在著方向豎直向下的勻強電場E和垂直于紙面向里、磁感強度為B的勻強磁場一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子(不計重力及空氣阻力)，以水平速度v0從兩極板的左端中間射入場區(qū)，恰好做勻速直線運動則()圖7A粒子一定帶正電B若僅將板間距離變?yōu)樵瓉淼?倍，粒子運動軌跡偏向下極板C若將磁感應(yīng)強度和電場強度均變?yōu)樵瓉淼?倍，粒子仍將做勻速直線運動D若撤去電場，粒子在板間運動的最長時間可能是【答案】CD【解析】不計重力，粒子僅受電場力和磁場力做勻速直線運動，合力為零電場力與磁場力等大反向該粒子可以是正電荷，也可以是負(fù)電荷，A錯僅將板間距離變?yōu)樵瓉淼?倍，由于帶電荷量不變，板間電場強度不變，帶電粒子仍做勻速直線運動，B錯若將磁感應(yīng)強度和電場強度均變?yōu)樵瓉淼?倍，粒子所受電場力和磁場力均變?yōu)樵瓉淼?倍，仍將做勻速直線運動，C對若撤去電場，粒子將偏向某一極板，甚至從左側(cè)射出，粒子在板間運動的最長時間可能是在磁場中運動周期的一半，D對8(xx·肇慶一模)1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖8所示，這臺加速器由兩個銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙下列說法正確的是() 圖8A離子從D形盒之間空隙的電場中獲得能量B回旋加速器只能用來加速正離子C離子在磁場中做圓周運動的周期是加速交變電壓周期的一半D離子在磁場中做圓周運動的周期與加速交變電壓周期相等【答案】AD三、非選擇題9如圖9所示，在xOy平面內(nèi)，第象限內(nèi)的直線OM是電場與磁場的分界線，OM與x軸的負(fù)方向成45°角，在x0且OM的左側(cè)空間存在著垂直紙面向里的勻強磁場B，磁感應(yīng)強度大小為0.1 T；在y0且OM的右側(cè)空間存在著沿y軸正方向的勻強電場E，場強大小為0.32 N/C.一不計重力的帶負(fù)電微粒，從坐標(biāo)原點O沿x軸負(fù)方向以v02×103 m/s的初速度進(jìn)入磁場，最終離開電、磁場區(qū)域已知微粒的電荷量q5×1018 C，質(zhì)量m1×1024 kg.求：圖9(1)帶電微粒在磁場中做圓周運動的半徑；(2)帶電微粒第一次進(jìn)入電場前運動的時間；(3)帶電微粒第二次進(jìn)入電場后在電場中運動的水平位移【答案】(1)4×103 m(2)3.14×106 s(3)0.2 m【解析】(1)帶電微粒從O點射入磁場，運動軌跡如圖所示第一次經(jīng)過磁場邊界上的A點由qv0Bm得r4×103 m.(2)帶電微粒在磁場中經(jīng)圓周第一次進(jìn)入電場，經(jīng)歷的時間tOAT而圓周運動的周期為T代入數(shù)據(jù)解得tOA3.14×106 s.(3)微粒從C點垂直y軸進(jìn)入電場，做類平拋運動，設(shè)在電場中運動的水平位移為x，豎直位移為y，則x方向上，xv0t1y方向上，yat而y2r又有qEma代入數(shù)據(jù)解得x0.2 m.10(xx·江西四校聯(lián)考)如圖10所示，平行金屬板傾斜放置，AB長度為L，金屬板與水平方向的夾角為，一電荷量為q、質(zhì)量為m的帶電小球以水平速度v0進(jìn)入電場，且做直線運動，到達(dá)B點，離開電場后，進(jìn)入如圖所示的電磁場(圖中電場未畫出)區(qū)域做勻速圓周運動，并豎直向下穿出電磁場，磁感應(yīng)強度為B.求：圖10(1)帶電小球進(jìn)入電磁場區(qū)域時的速度v；(2)帶電小球進(jìn)入電磁場區(qū)域運動的時間；(3)重力在電磁場區(qū)域?qū)π∏蛩龅墓Α敬鸢浮?1)(2)(3)【解析】(1)對帶電小球進(jìn)行受力分析，帶電小球受重力mg和電場力F作用F合Fsin mgFcos 解得F合mgtan 根據(jù)動能定理F合Lmv2mv解得v.(2)帶電小球進(jìn)入電磁場區(qū)域后做勻速圓周運動，說明電場力和重力平衡，帶電小球只在洛倫茲力作用下運動通過幾何知識可以得出，帶電粒子在電磁場中運動了圓周運動時間為t×.(3)帶電小球在豎直方向運動的高度差h等于半徑R，即hR重力做的功為Wmghmg·.11如圖11所示，在光滑絕緣的水平桌面上建立一xOy坐標(biāo)系，平面處在周期性變化的電場和磁場中，電場和磁場的變化規(guī)律如圖12所示(規(guī)定沿y方向為電場強度的正方向，豎直向下為磁感應(yīng)強度的正方向)在t0時刻，一質(zhì)量為10 g、電荷量為0.1 C且不計重力的帶電金屬小球自坐標(biāo)原點O處，以v02 m/s的速度沿x軸正方向射出已知E00.2 N/C，B00.2 T求：(1)t1 s末時，小球速度的大小和方向；(2)12 s內(nèi)，金屬小球在磁場中做圓周運動的半徑和周期；(3)(2n1)2n s(n1,2,3，)內(nèi)金屬小球運動至離x軸最遠(yuǎn)點的位置坐標(biāo)圖11圖12【答案】(1)2 m/s，與x軸正方向夾角為45°(2) m1 s(3)見解析【解析】(1)在01 s內(nèi)，金屬小球在電場力作用下做類平拋運動，在x軸方向上做勻速運動vxv0在y方向上做勻加速運動vyt11 s末粒子的速度v12 m/s設(shè)v1與x軸正方向的夾角為，則tan ，45°.(2)在12 s內(nèi)，粒子在磁場中做圓周運動，由牛頓第二定律qv1B0得r1 m粒子做圓周運動的周期T 1 s.(3)粒子運動軌跡如圖甲所示甲(2n1) s末粒子的坐標(biāo)為xv0n2n(m)yan2··n2n2 (m)此時粒子的速度為vn 2 m/stan n帶電粒子在(2n1)s2n s(n1,2，3，)內(nèi)做圓周運動的軌跡如圖乙所示乙半徑rn m(2n1) s2n s(n1,2,3，)內(nèi)粒子運動至離x軸最遠(yuǎn)點坐標(biāo)為Xxrnsin (2n) mYyrn(1cos )(n2) m