2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 第3講 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動練習(xí) 魯科版.doc

第3講 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動課時作業(yè)單獨(dú)成冊方便使用 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)電場和勻強(qiáng)磁場，圖中虛線為勻強(qiáng)電場的等勢線，一不計重力的帶電粒子在M點(diǎn)以某一初速度垂直等勢線進(jìn)入正交電磁場中，運(yùn)動軌跡如圖所示(粒子在N點(diǎn)的速度比在M點(diǎn)的速度大)，則下列說法正確的是()A粒子一定帶正電B粒子的運(yùn)動軌跡一定是拋物線C電場線方向一定垂直等勢面向左D粒子從M點(diǎn)運(yùn)動到N點(diǎn)的過程中電勢能增大解析：根據(jù)粒子在電、磁場中的運(yùn)動軌跡和左手定則可知，粒子一定帶負(fù)電，選項(xiàng)A錯誤；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)動時，軌跡才是拋物線，選項(xiàng)B錯誤；由于空間只存在電場和磁場，粒子的速度增大，說明在此過程中電場力對帶電粒子做正功，則電場線方向一定垂直等勢面向左，選項(xiàng)C正確；電場力做正功，電勢能減小，選項(xiàng)D錯誤答案：C2(2018湖南長沙高三調(diào)考)如圖所示，某種帶電粒子由靜止開始經(jīng)電壓為U1的電場加速后，射入水平放置、電勢差為U2的兩導(dǎo)體板間的勻強(qiáng)電場中，帶電粒子沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入，穿過兩板后又垂直于磁場方向射入邊界線豎直的勻強(qiáng)磁場中，則粒子射入磁場和射出磁場的M、N兩點(diǎn)間的距離d隨著U1和U2的變化情況為(不計重力，不考慮邊緣效應(yīng))()Ad隨U1變化，d與U2無關(guān)Bd與U1無關(guān)，d隨U2變化Cd隨U1變化，d隨U2變化 Dd與U1無關(guān)，d與U2無關(guān)解析：帶電粒子在電場中做類平拋運(yùn)動，可將射出電場的粒子速度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 而在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，設(shè)運(yùn)動軌跡對應(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無關(guān)，故A正確；B、C、D錯誤答案：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)電場和勻強(qiáng)磁場中，發(fā)現(xiàn)電子流向上極板偏轉(zhuǎn)設(shè)兩極板間電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.欲使電子沿直線從電場和磁場區(qū)域通過，只采取下列措施，其中可行的是()A適當(dāng)減小電場強(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)合場中做勻速直線運(yùn)動，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)的原因是電場力大于洛倫茲力，所以要么增大洛倫茲力，要么減小電場力適當(dāng)減小電場強(qiáng)度E，即可以減小電場力，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錯誤；適當(dāng)增大加速電場極板之間的距離，根據(jù)eUmv2可得v，由于兩極板間的電壓沒有變化，所以電子進(jìn)入磁場的速率沒有變化，因此沒有改變電場力和洛倫茲力的大小，選項(xiàng)C錯誤；同理，適當(dāng)減小加速電壓U，可以減小電子進(jìn)入復(fù)合場中的速度v，從而減小洛倫茲力，選項(xiàng)D錯誤答案：A4在空間中有水平方向的勻強(qiáng)電場和垂直紙面方向的勻強(qiáng)磁場，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，由此可知()A帶電微粒一定帶正電荷B勻強(qiáng)磁場方向一定垂直紙面向里C帶電微?？赡茏鲎兯僦本€運(yùn)動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，分析可知微粒受到豎直向下的重力、水平向右的電場力和垂直運(yùn)動方向的斜向左上方的洛倫茲力若微粒帶正電荷，則電場方向水平向右，磁場方向垂直紙面向里；若微粒帶負(fù)電荷，則電場方向水平向左，磁場方向垂直紙面向外，選項(xiàng)A、B錯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)動方向，因此只要微粒做直線運(yùn)動，就一定做勻速直線運(yùn)動，選項(xiàng)C錯誤根據(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)，垂直磁場噴入，每個離子的速度為v，負(fù)載電阻阻值為R，當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時，負(fù)載中電流為I，則()Aa板電勢比b板電勢低B磁流體發(fā)電機(jī)的電動勢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)微粒通過發(fā)電機(jī)內(nèi)部時，帶正電微粒向上偏，帶負(fù)電微粒向下偏，則知a板電勢比b板電勢高，所以A錯誤；當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時，對微粒有F洛F電，即Bqvq，得電動勢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D形金屬盒，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場中，并分別與高頻電源相連現(xiàn)分別加速氘核(H)和氦核(He)下列說法中正確的是()A氘核(H)的最大速度較大B它們在D形盒內(nèi)運(yùn)動的周期相等C氦核(He)的最大動能較大D僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動能解析：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錯誤帶電粒子在磁場中運(yùn)動的周期T，兩粒子的比荷相等，所以周期相等，B正確最大動能Ekmv2，兩粒子的比荷相等，但電荷量不等，所以氦核最大動能大，C正確回旋加速器加速粒子時，粒子在磁場中運(yùn)動的周期與交流電的周期相同，否則無法加速，D錯誤答案：BC7.如圖所示，兩平行金屬板P、Q右側(cè)有一個半徑為R的半圓形勻強(qiáng)磁場區(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沿OO方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū)域，下列說法正確的是()A如果帶電粒子恰好從M點(diǎn)射出，則帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動的軌跡半徑可能是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時的速度大小為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)磁場中運(yùn)動的軌跡半徑為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，軌跡半徑rR，設(shè)帶電粒子射入磁場時的速度大小為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)過電場加速后帶電粒子的速度大小為v1，帶電粒子在磁場中運(yùn)動的過程中，洛倫茲力對帶電粒子不做功，速度大小不變，則帶電粒子射出磁場時的速度大小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E1和一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場B，y軸右側(cè)有一豎直方向的勻強(qiáng)電場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電場強(qiáng)度E2一定豎直向下C兩電場強(qiáng)度之比 D微粒的初速度為v解析：微粒從A到P受重力、電場力和洛倫茲力作用做直線運(yùn)動，則微粒做勻速直線運(yùn)動，由左手定則及電場力的性質(zhì)可確定微粒一定帶正電，此時有qE1mgtan 37，A錯誤；微粒從P到C在電場力、重力作用下做直線運(yùn)動，必有mgqE2，所以E2的方向豎直向上，B錯誤；由以上分析可知，C錯誤；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)入小孔時可認(rèn)為速度為零，加速電場區(qū)域的板間電壓為U，粒子通過小孔O2射入正交的勻強(qiáng)電場、磁場區(qū)域，其中磁場的磁感應(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，不計納米粒子重力，則()A區(qū)域的電場與磁場的強(qiáng)度比值為 B區(qū)域左右兩極板間的電勢差大小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D若納米粒子的半徑r>r0，仍沿直線通過，則區(qū)域的電場與原電場強(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)電場強(qiáng)度為E，由題意可知，洛倫茲力的大小等于電場力，即q0vBq0E，聯(lián)立解得EB，區(qū)域左右兩極板間的電勢差大小U1Bd，則區(qū)域的電場與磁場的強(qiáng)度比值為，選項(xiàng)A正確，B錯誤；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錯誤；由于vv，故洛倫茲力與原來的洛倫茲力之比為 ，而電場力與洛倫茲力平衡，根據(jù)FqE，區(qū)域的電場與原電場的電場強(qiáng)度之比為，選項(xiàng)D錯誤答案：A10.(多選)(2018湖南衡陽一中月考)如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，由加速電場、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)均勻輻射電場在中心線處的電場強(qiáng)度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場，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的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿中心線通過靜電分析器，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)不計粒子重力，下列說法正確的是()A粒子一定帶正電B加速電場的電壓UC直徑PQ D若一群粒子從靜止開始經(jīng)過上述過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：粒子在磁場中由P點(diǎn)運(yùn)動到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錯誤若一群粒子從靜止開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，在第二象限中存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場一電荷量為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，從yL處的b點(diǎn)垂直于y軸方向進(jìn)入電場，并經(jīng)過x軸上x2L處的c點(diǎn)不計粒子重力求：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；(2)電場強(qiáng)度E的大小；(3)粒子在磁場和電場中的運(yùn)動時間之比解析：(1)粒子的運(yùn)動軌跡如圖所示由幾何知識可得rrsin 30L解得粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的軌道半徑rL粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得qv0Bm，解得B(2)粒子在電場中做類平拋運(yùn)動，水平方向：2Lv0t豎直方向：Lat2，解得E(3)粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的周期T由幾何知識可知，粒子在磁場中轉(zhuǎn)過的圓心角18060120粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的時間：t1T粒子在電場中的運(yùn)動時間t2粒子在磁場和電場中的運(yùn)動時間之比答案：(1)(2)(3)12.如圖所示，空間中存在著水平向右的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度大小E5 N/C，同時存在著水平方向的勻強(qiáng)磁場，其方向與電場方向垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0.5 T有一帶正電的小球，質(zhì)量m1.0106 kg，電荷量q2106 C，正以速度v在圖示的豎直面內(nèi)做勻速直線運(yùn)動，當(dāng)經(jīng)過P點(diǎn)時撤掉磁場(不考慮磁場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)動的速度v的大小和方向；(2)從撤掉磁場到小球再次穿過P點(diǎn)所在的這條電場線經(jīng)歷的時間t.解析：(1)小球勻速直線運(yùn)動時受力如圖，其所受的三個力在同一平面內(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，小球在重力與電場力的合力作用下做類平拋運(yùn)動，設(shè)其加速度為a，有a設(shè)撤去磁場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E的方向之間的夾角為60斜向上(2)3.5 s