《（江苏专用）2020高考物理二轮复习 第一部分 专题三 电场与磁场 第三讲 带电粒子在复合场中的运动——课后自测诊断卷》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（江苏专用）2020高考物理二轮复习 第一部分 专题三 电场与磁场 第三讲 带电粒子在复合场中的运动——课后自测诊断卷（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三讲 带电粒子在复合场中的运动课后自测诊断卷1.多选(2019南京三模)如图所示，宽度为d、厚度为h的金属导体放在磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过该导体时，在导体的上、下表面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明：当磁场不太强时，电势差U、电流I和磁感应强度B的关系为Uk，该式中的比例系数k称为霍尔系数，设载流子的电荷量大小为q，金属导体单位体积内的自由电荷数目为n，下列说法正确的是()A导体上表面的电势大于下表面的电势B霍尔系数为kC载流子所受静电力的大小FqD载流子所受洛伦兹力的大小F洛解析：选BD由左手定则可知，载流子受到的洛伦兹力向上，由于金属的载流子是自由电子，故导
2、体上表面的电势小于下表面的电势，故A错误；导体中的电场强度E，载流子所受电场力FqEq，故C错误；稳定时，电场力与洛伦兹力相等，即qqvB，解得UBhv，又电流的微观表达式：InqSvnqhdv，解得：U，则霍尔系数为k，故B正确；稳定时，电场力与洛伦兹力相等，载流子所受洛伦兹力的大小F洛Bqv，故D正确。2.多选(2019江苏六市二模)回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子在狭缝间加速的时间忽略不计。匀强磁场的磁感应强度大小为B、方向与盒面垂直。粒子源A产生的粒子质量为m，电荷量为q，U为加速电压，则()A交变电压的周期等于粒子在磁场中回转
3、周期的一半B加速电压U越大，粒子获得的最大动能越大CD形盒半径R越大，粒子获得的最大动能越大D磁感应强度B越大，粒子获得的最大动能越大解析：选CD为了保证粒子每次经过电场时都被加速，必须满足交变电压的周期和粒子在磁场中回转周期相等，故A错误；当粒子从D形盒中出来时，速度最大，根据洛伦兹力提供向心力qvmBm，解得：vm，则粒子获得的最大动能为：Ekmmvm2，可知，带电粒子的速度与加速电压无关，D形盒半径R越大，磁感应强度B越大，粒子的速度越大，即粒子获得的最大动能越大，B错误，C、D正确。3.(2019江苏七市三模)磁流体发电机原理如图所示，等离子体高速喷射到加有强磁场的管道内，正、负离子在
4、洛伦兹力作用下分别向A、B两金属板偏转，形成直流电源对外供电。下列说法正确的是()A仅减小两板间的距离，发电机的电动势将增大B仅增强磁感应强度，发电机的电动势将减小C仅增加负载的阻值，发电机的输出功率将增大D仅增大磁流体的喷射速度，发电机的总功率将增大解析：选D电荷处于平衡，有qvBq，解得：E电Bdv，由此可知仅减小两板间的距离，发电机的电动势将减小，仅增强磁感应强度，发电机的电动势将增大，故A、B错误；根据欧姆定律和功率公式可知，当外电阻和内阻相等时，输出功率最大，所以增加负载的阻值，发电机的输出功率不一定增大，故C错误；由E电Bdv，可知仅增大磁流体的喷射速度，电动势将增大，因为总电阻不
5、变，所以输出功率将增大，故D正确。4.(2019徐州考前模拟)在xOy平面内，x轴上方存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场，x轴下方存在电场强度为E，方向沿y轴正方向的匀强电场，一个质量为m，电荷量为q的带正电粒子(不计粒子的重力)从坐标原点以速度v沿y轴正方向射入磁场区域。求：(1)粒子在磁场中运动的轨道半径；(2)写出粒子从出发开始计时，到第一次打到x轴前，粒子的位移s随着时间t变化的表达式；(3)粒子从出发到第n次到达x轴的平均速度的大小。解析：(1)根据洛伦兹力提供向心力，粒子在磁场中偏转有qvBm得R。(2)由T，得t，即由图中几何关系可知：s2Rcos 2Rsin 粒子的
6、位移随着时间变化的表达式：ssin ，其中t。(3)粒子在磁场中的运动周期T在电场中往返一次运动时间：t1设第n次到x轴的位移为x，时间为t，平均速度为n为奇数时：第n次到x轴的位移为x2R，时间为tt1平均速度为n为偶数时： 第n次到x轴的位移为x2R，时间为tt1平均速度为。答案：(1)(2)ssin ，其中t(3)n为奇数时：n为偶数时：5(2019江苏七市三模)如图甲所示，一有界匀强磁场垂直于xOy平面向里，其边界是以坐标原点O为圆心、半径为R的圆。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，从磁场边界与x轴交点P处以初速度大小v0、沿x轴正方向射入磁场，恰能从M点离开磁场。不计粒子的重力。
7、(1)求匀强磁场的磁感应强度大小B；(2)若带电粒子从P点以速度大小v0射入磁场，改变初速度的方向，粒子恰能经过原点O，求粒子在磁场中运动的时间t及离开磁场时速度的方向；(3)在匀强磁场外侧加一有界均匀辐向电场，如图乙所示，与O点相等距离处的电场强度大小相等，方向指向原点O。带电粒子从P点沿x轴正方向射入磁场，改变初速度的大小，粒子恰能不离开电场外边界且能回到P点，求粒子初速度大小v以及电场两边界间的电势差U。解析：(1)根据几何关系，粒子做圆周运动的半径rR，由向心力公式有qv0B，解得B。(2)如图所示，过带电粒子运动轨迹上的弦PO作垂直平分线过磁场边界O1点，因粒子做圆周运动的半径与磁场
8、边界半径相等，所以POO1为等边三角形，O1为圆心位置，粒子做圆周运动的周期T，图中PO1N120，则有t，解得t，根据几何关系可知，粒子离开磁场时速度沿y轴正方向。(3)设粒子刚进入磁场做圆周运动的圆心O1和原点O的连线与x轴夹角为，运动半径为r1，如图，则有tan ，由向心力公式有qvB，粒子从P点射入磁场，恰能回到P点，则根据几何关系有：2k2n，解得vv0tan(n1,2,3，；k2n1,2n2，2n3，)根据能量守恒有qUmv2，解得U 2(n1,2,3，；k2n1,2n2,2n3，)。答案：(1)(2)速度的方向沿y轴正方向(3)v0tan(n1,2,3，；k2n1,2n2，2n3
9、，) 2(n1,2,3，；k2n1,2n2,2n3，)6(2019南通一模)如图所示，两边界MN、PQ相互平行，相距为L，MN左侧存在平行边界沿纸面向下的匀强电场，PQ右侧存在垂直纸面向里的匀强磁场，电场和磁场的区域足够大，质量为m、电荷量为q的粒子从与边界MN距离为2L的O点，以方向垂直于边界MN、大小为v0的初速度向右运动，粒子飞出电场时速度方向与MN的夹角为45，粒子还能回到O点，忽略粒子的重力。求：(1)匀强电场的场强大小E；(2)粒子回到O点时的动能Ek；(3)磁场的磁感应强度B和粒子从O点出发回到O点的时间t。解析：(1)粒子向右通过电场的时间t1，粒子离开电场时沿电场方向的分速度
10、vyv0tan 45粒子在电场中运动的加速度a，由牛顿第二定律qEma，联立解得E。(2)粒子向右通过电场和向左进入电场回到O点的过程可统一看成类平抛运动，则粒子两次经过边界MN的位置间的距离ha(2t1)2由动能定理有qEhEkmv02，联立解得Ekmv02。(3)粒子进入磁场的速度vv0，设粒子在磁场中运动半径为r，由几何关系可知2rcos 45h2Ltan 45解得r3L，由牛顿第二定律得qvBm，解得B粒子在磁场中运动时间t2，则t2t1t2，联立解得t。答案：(1)(2)mv02(3)7(2018江苏高考)如图所示，真空中四个相同的矩形匀强磁场区域，高为4d，宽为d，中间两个磁场区域
11、间隔为2d，中轴线与磁场区域两侧相交于O、O点，各区域磁感应强度大小相等。某粒子质量为m、电荷量为q，从O沿轴线射入磁场。当入射速度为v0时，粒子从O上方处射出磁场。取sin 530.8，cos 530.6。(1)求磁感应强度大小B；(2)入射速度为5v0时，求粒子从O运动到O的时间t；(3)入射速度仍为5v0，通过沿轴线OO平移中间两个磁场(磁场不重叠)，可使粒子从O运动到O的时间增加t，求t的最大值。解析：(1)粒子做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，qv0Bm由题意知r0由以上两式解得B。(2)当初速度v5v0时，由qvBm得rd，粒子运动轨迹如图，设粒子在矩形磁场中的偏转角为。由几何关系d
12、rsin ，得sin ，即53在一个矩形磁场中的运动时间t1，解得t1粒子做直线运动的时间t2解得t2则t4t1t2。(3)设将中间两磁场分别向中央移动距离x。粒子向上的偏移量y2r(1cos )xtan 由y2d，解得xd则当xmd时，t有最大值粒子直线运动路程的最大值sm(2d2xm)3d增加路程的最大值smsm2dd增加时间的最大值tm。答案：(1)(2)(3)8(2019南京、盐城二模)某控制带电粒子运动的仪器原理如图所示，区域PPMM内有竖直向下的匀强电场，电场场强E1.0103 V/m，宽度d0.05 m，长度L0.40 m；区域MMNN内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B2.
13、5102 T，宽度D0.05 m，比荷1.0108 C/kg的带正电的粒子以水平初速度v0从P点射入电场。边界MM不影响粒子的运动，不计粒子重力。(1)若v08.0105 m/s，求粒子从区域PPNN射出的位置；(2)若粒子第一次进入磁场后就从MN间垂直边界射出，求v0的大小；(3)若粒子从M点射出，求v0满足的条件。解析：(1)粒子以水平初速度从P点射入电场后，在电场中做类平抛运动，假设粒子能够进入磁场，则竖直方向dt2得t 代入数据解得t1.0106 s水平位移xv0t代入数据解得x0.80 m因为x大于L，所以粒子不能进入磁场，而是从PM间射出，则粒子运动时间t00.5106 s，竖直位
14、移yt020.012 5 m所以粒子从P点下方0.012 5 m处射出。(2)由第(1)问可以求得粒子在电场中做类平抛运动的水平位移xv0粒子进入磁场时，垂直边界的速度v1t 设粒子与磁场边界之间的夹角为，则粒子进入磁场时的速度为v在磁场中由qvBm得R粒子第一次进入磁场后，垂直边界MN射出磁场，必须满足xRsin L联立解得v0L3.6105 m/s。(3)由第(2)问解答的图可知粒子离MM的最远距离yRRcos R(1cos )把R、v、v1代入解得y tan 可以看出当90时，y有最大值，(90即粒子从P点射入电场的速度为零，直接在电场中加速后以v1的速度垂直MM进入磁场运动半个圆周回到电场)ymax ymax0.04 m，ymax小于磁场宽度D，所以不管粒子的水平射入速度是多少，粒子都不会从边界NN射出磁场。若粒子速度较小，周期性运动的轨迹如图所示：粒子要从M点射出边界有两种情况，第一种情况：Ln(2v0t2Rsin )v0t把t 、R 、v1vsin 、v1 代入解得v0 v0105 m/
