2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 第3講 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí) 魯科版

2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 第3講 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí) 魯科版課時(shí)作業(yè)單獨(dú)成冊(cè)方便使用 基礎(chǔ)題組一、單項(xiàng)選擇題1如圖所示，空間存在互相垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，圖中虛線為勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)線，一不計(jì)重力的帶電粒子在M點(diǎn)以某一初速度垂直等勢(shì)線進(jìn)入正交電磁場(chǎng)中，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示(粒子在N點(diǎn)的速度比在M點(diǎn)的速度大)，則下列說(shuō)法正確的是()A粒子一定帶正電B粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡一定是拋物線C電場(chǎng)線方向一定垂直等勢(shì)面向左D粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過(guò)程中電勢(shì)能增大解析：根據(jù)粒子在電、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡和左手定則可知，粒子一定帶負(fù)電，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于洛倫茲力方向始終與速度方向垂直，故粒子受到的合力是變力，而物體只有在恒力作用下做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌跡才是拋物線，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由于空間只存在電場(chǎng)和磁場(chǎng)，粒子的速度增大，說(shuō)明在此過(guò)程中電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子做正功，則電場(chǎng)線方向一定垂直等勢(shì)面向左，選項(xiàng)C正確；電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案：C2(2018·湖南長(zhǎng)沙高三調(diào)考)如圖所示，某種帶電粒子由靜止開(kāi)始經(jīng)電壓為U1的電場(chǎng)加速后，射入水平放置、電勢(shì)差為U2的兩導(dǎo)體板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，帶電粒子沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入，穿過(guò)兩板后又垂直于磁場(chǎng)方向射入邊界線豎直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則粒子射入磁場(chǎng)和射出磁場(chǎng)的M、N兩點(diǎn)間的距離d隨著U1和U2的變化情況為(不計(jì)重力，不考慮邊緣效應(yīng))()Ad隨U1變化，d與U2無(wú)關(guān)Bd與U1無(wú)關(guān)，d隨U2變化Cd隨U1變化，d隨U2變化 Dd與U1無(wú)關(guān)，d與U2無(wú)關(guān)解析：帶電粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，可將射出電場(chǎng)的粒子速度v分解成初速度方向與加速度方向，設(shè)出射速度與水平夾角為，則有cos 而在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的半徑為R，由幾何關(guān)系得，半徑與直線MN夾角正好等于，則有cos ，所以d，又因?yàn)榘霃焦絉，則有d .故d隨U1變化，d與U2無(wú)關(guān)，故A正確；B、C、D錯(cuò)誤答案：A3.如圖所示，從S處發(fā)出的熱電子經(jīng)加速電壓U加速后垂直進(jìn)入相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，發(fā)現(xiàn)電子流向上極板偏轉(zhuǎn)設(shè)兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.欲使電子沿直線從電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域通過(guò)，只采取下列措施，其中可行的是()A適當(dāng)減小電場(chǎng)強(qiáng)度EB適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度BC適當(dāng)增大加速電場(chǎng)極板之間的距離D適當(dāng)減小加速電壓U解析：要使電子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，有EqqvB.根據(jù)左手定則可知電子所受的洛倫茲力的方向豎直向下，故電子向上極板偏轉(zhuǎn)的原因是電場(chǎng)力大于洛倫茲力，所以要么增大洛倫茲力，要么減小電場(chǎng)力適當(dāng)減小電場(chǎng)強(qiáng)度E，即可以減小電場(chǎng)力，選項(xiàng)A正確；適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B，可以減小洛倫茲力，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；適當(dāng)增大加速電場(chǎng)極板之間的距離，根據(jù)eUmv2可得v，由于兩極板間的電壓沒(méi)有變化，所以電子進(jìn)入磁場(chǎng)的速率沒(méi)有變化，因此沒(méi)有改變電場(chǎng)力和洛倫茲力的大小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；同理，適當(dāng)減小加速電壓U，可以減小電子進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)中的速度v，從而減小洛倫茲力，選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案：A4在空間中有水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一質(zhì)量為m(重力不可忽略)的帶電微粒沿與水平方向成45°角的直線斜向右上方以速度v運(yùn)動(dòng)，由此可知()A帶電微粒一定帶正電荷B勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向一定垂直紙面向里C帶電微粒可能做變速直線運(yùn)動(dòng)D帶電微粒所受的洛倫茲力大小一定為mg解析：帶電微粒沿與水平方向成45°角的直線斜向右上方以速度v運(yùn)動(dòng)，分析可知微粒受到豎直向下的重力、水平向右的電場(chǎng)力和垂直運(yùn)動(dòng)方向的斜向左上方的洛倫茲力若微粒帶正電荷，則電場(chǎng)方向水平向右，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里；若微粒帶負(fù)電荷，則電場(chǎng)方向水平向左，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤由于洛倫茲力與速度大小有關(guān)，且與速度方向垂直，若速度大小變化，洛倫茲力大小將隨之變化，帶電微粒所受的合外力將不為零且方向不沿運(yùn)動(dòng)方向，因此只要微粒做直線運(yùn)動(dòng)，就一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤根據(jù)平衡條件可知，帶電微粒所受的洛倫茲力大小一定為mg，選項(xiàng)D正確答案：D二、多項(xiàng)選擇題5.如圖是磁流體發(fā)電機(jī)的裝置，a、b組成一對(duì)平行電極，兩板間距為d，板平面的面積為S，內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)現(xiàn)持續(xù)將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負(fù)電的微粒，而整體呈中性)，垂直磁場(chǎng)噴入，每個(gè)離子的速度為v，負(fù)載電阻阻值為R，當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)，負(fù)載中電流為I，則()Aa板電勢(shì)比b板電勢(shì)低B磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)EBdvC負(fù)載電阻兩端的電壓大小為BdvD兩板間等離子體的電阻率解析：參看磁流體發(fā)電機(jī)的裝置圖，利用左手定則可知，正、負(fù)微粒通過(guò)發(fā)電機(jī)內(nèi)部時(shí)，帶正電微粒向上偏，帶負(fù)電微粒向下偏，則知a板電勢(shì)比b板電勢(shì)高，所以A錯(cuò)誤；當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)，對(duì)微粒有F洛F電，即Bqvq，得電動(dòng)勢(shì)EBdv，所以B正確；由閉合電路歐姆定律有URUrE，又EBdv，則負(fù)載電阻兩端的電壓UR<Bdv，所以C錯(cuò)誤；由閉合電路歐姆定律有I，由電阻定律有r，得，所以D正確答案：BD6.(2018·河南省實(shí)驗(yàn)中學(xué)月考)如圖所示是醫(yī)用回旋加速器的示意圖，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并分別與高頻電源相連現(xiàn)分別加速氘核(H)和氦核(He)下列說(shuō)法中正確的是()A氘核(H)的最大速度較大B它們?cè)贒形盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的周期相等C氦核(He)的最大動(dòng)能較大D僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動(dòng)能解析：粒子在回旋加速器能達(dá)到的最大速度，取決于在最外圈做圓周運(yùn)動(dòng)的速度，根據(jù)qvBm得v，兩粒子的比荷相等，所以最大速度相等，A錯(cuò)誤帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期T，兩粒子的比荷相等，所以周期相等，B正確最大動(dòng)能Ekmv2，兩粒子的比荷相等，但電荷量不等，所以氦核最大動(dòng)能大，C正確回旋加速器加速粒子時(shí)，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期與交流電的周期相同，否則無(wú)法加速，D錯(cuò)誤答案：BC7.如圖所示，兩平行金屬板P、Q右側(cè)有一個(gè)半徑為R的半圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，O是半圓的圓心金屬板P上O處有一粒子源，可發(fā)射初速度不計(jì)的帶負(fù)電的粒子(比荷為k)，Q板中心處有一小孔，可使粒子射出后垂直磁場(chǎng)沿OO方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，下列說(shuō)法正確的是()A如果帶電粒子恰好從M點(diǎn)射出，則帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑可能是RB如果帶電粒子恰好從M點(diǎn)射出，P、Q之間所加電壓的大小為kB2R2C若在P、Q兩極板上所加直流電壓為U0，則帶電粒子射出磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為D若在P、Q兩極板上所加直流電壓為U0，則帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為B 解析：如圖所示，根據(jù)幾何關(guān)系可以看出，當(dāng)粒子恰好從M點(diǎn)射出時(shí)，軌跡半徑rR，設(shè)帶電粒子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為v，由qvBm解得v，又qUmv2，聯(lián)立解得UkB2R2，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確若在P、Q兩極板上加直流電壓U0，由qU0mv解得經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后帶電粒子的速度大小為v1，帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功，速度大小不變，則帶電粒子射出磁場(chǎng)時(shí)的速度大小v2v1，再由qv2Bm，聯(lián)立解得r1 ，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案：BC能力題組一、選擇題8.如圖所示，在一豎直平面內(nèi)，y軸左側(cè)有一水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)E1和一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，y軸右側(cè)有一豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)E2.一電荷量為q(電性未知)、質(zhì)量為m的微粒從x軸上A點(diǎn)以一定初速度與水平方向成37°角沿直線經(jīng)P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到圖中C點(diǎn)，其中m、q、B均已知，重力加速度為g，則()A微粒一定帶負(fù)電B電場(chǎng)強(qiáng)度E2一定豎直向下C兩電場(chǎng)強(qiáng)度之比 D微粒的初速度為v解析：微粒從A到P受重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力作用做直線運(yùn)動(dòng)，則微粒做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由左手定則及電場(chǎng)力的性質(zhì)可確定微粒一定帶正電，此時(shí)有qE1mgtan 37°，A錯(cuò)誤；微粒從P到C在電場(chǎng)力、重力作用下做直線運(yùn)動(dòng)，必有mgqE2，所以E2的方向豎直向上，B錯(cuò)誤；由以上分析可知，C錯(cuò)誤；AP段有mgBqvcos 37°，即v，D正確答案：D9.如圖所示是選擇密度相同、大小不同納米粒子的一種裝置待選粒子帶正電且電荷量與其表面積成正比待選粒子從O1進(jìn)入小孔時(shí)可認(rèn)為速度為零，加速電場(chǎng)區(qū)域的板間電壓為U，粒子通過(guò)小孔O2射入正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)區(qū)域，其中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，左右兩極板間距為d.區(qū)域出口小孔O3與O1、O2在同一豎直線上若半徑為r0、質(zhì)量為m0、電荷量為q0的納米粒子剛好能沿直線通過(guò)，不計(jì)納米粒子重力，則()A區(qū)域的電場(chǎng)與磁場(chǎng)的強(qiáng)度比值為 B區(qū)域左右兩極板間的電勢(shì)差大小U1BdC若納米粒子的半徑r>r0，則剛進(jìn)入?yún)^(qū)域的粒子仍將沿直線通過(guò)D若納米粒子的半徑r>r0，仍沿直線通過(guò)，則區(qū)域的電場(chǎng)與原電場(chǎng)強(qiáng)度之比為 解析：設(shè)半徑為r0的粒子加速后的速度為v，則有q0Um0v2，設(shè)區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為E，由題意可知，洛倫茲力的大小等于電場(chǎng)力，即q0vBq0E，聯(lián)立解得EB，區(qū)域左右兩極板間的電勢(shì)差大小U1Bd，則區(qū)域的電場(chǎng)與磁場(chǎng)的強(qiáng)度比值為，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；若納米粒子的半徑r>r0，設(shè)半徑為r的粒子的質(zhì)量為m、帶電荷量為q、被加速后的速度為v，則m()3m0，而q()2q0，由mv2qU，解得vvv，故洛倫茲力變小，粒子帶正電，粒子向左偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由于vv，故洛倫茲力與原來(lái)的洛倫茲力之比為 ，而電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡，根據(jù)FqE，區(qū)域的電場(chǎng)與原電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度之比為，選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案：A10.(多選)(2018·湖南衡陽(yáng)一中月考)如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，由加速電場(chǎng)、靜電分析器和磁分析器組成若靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場(chǎng)在中心線處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向外一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿中心線通過(guò)靜電分析器，由P點(diǎn)垂直邊界進(jìn)入磁分析器，最終打到膠片上的Q點(diǎn)不計(jì)粒子重力，下列說(shuō)法正確的是()A粒子一定帶正電B加速電場(chǎng)的電壓UC直徑PQ D若一群粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)過(guò)上述過(guò)程都落在膠片上同一點(diǎn)，則該群粒子具有相同的比荷解析：粒子在磁場(chǎng)中由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)，由左手定則可判斷粒子帶正電，A正確由Eqm和qUmv2，可得UER，B正確由Eqm和Bqvm，可得PQ2r ，C錯(cuò)誤若一群粒子從靜止開(kāi)始落在膠片上的同一點(diǎn)，即E、U、B、R及PQ間的距離都相同，由以上式子可得相同，即比荷相同，D正確答案：ABD二、非選擇題11.(2018·四川成都經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)高三一診)如圖所示，直角坐標(biāo)中的第一象限中存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，在第二象限中存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)一電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電的粒子，在x軸上的a點(diǎn)以與x軸成60°角的速度v0射入磁場(chǎng)，從yL處的b點(diǎn)垂直于y軸方向進(jìn)入電場(chǎng)，并經(jīng)過(guò)x軸上x(chóng)2L處的c點(diǎn)不計(jì)粒子重力求：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；(2)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大??；(3)粒子在磁場(chǎng)和電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比解析：(1)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示由幾何知識(shí)可得rrsin 30°L解得粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑rL粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得qv0Bm，解得B(2)粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，水平方向：2Lv0t豎直方向：Lat2，解得E(3)粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T由幾何知識(shí)可知，粒子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角180°60°120°粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)間：t1T×粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2粒子在磁場(chǎng)和電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比答案：(1)(2)(3)12.如圖所示，空間中存在著水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小E5 N/C，同時(shí)存在著水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其方向與電場(chǎng)方向垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0.5 T有一帶正電的小球，質(zhì)量m1.0×106 kg，電荷量q2×106 C，正以速度v在圖示的豎直面內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)撤掉磁場(chǎng)(不考慮磁場(chǎng)消失引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象)，取g10 m/s2.求：(1)小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度v的大小和方向；(2)從撤掉磁場(chǎng)到小球再次穿過(guò)P點(diǎn)所在的這條電場(chǎng)線經(jīng)歷的時(shí)間t.解析：(1)小球勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)受力如圖，其所受的三個(gè)力在同一平面內(nèi)，合力為零，有qvB代入數(shù)據(jù)解得v20 m/s速度v的方向與電場(chǎng)E的方向之間的夾角滿足tan 代入數(shù)據(jù)解得tan ，則60°.(2)撤去磁場(chǎng)，小球在重力與電場(chǎng)力的合力作用下做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)其加速度為a，有a設(shè)撤去磁場(chǎng)后小球在初速度方向上的分位移為x，有xvt設(shè)小球在重力與電場(chǎng)力的合力方向上分位移為y，有yat2a與mg的夾角和v與E的夾角相同，均為，又tan 聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)解得t2 s3.5 s答案：(1)20 m/s與電場(chǎng)E的方向之間的夾角為60°斜向上(2)3.5 s