《2021版高考物理一轮复习课时分层提升练三十八带电粒子在复合场中的运动(含解析)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021版高考物理一轮复习课时分层提升练三十八带电粒子在复合场中的运动(含解析)（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、精品文档，名师推荐！ 欢迎下载，祝您学习进步，成绩提升 - 1 - 带电粒子在复合场中的运动 ( 建议用时60 分钟 ) 1.(2018 北京高考 ) 某空间存在匀强磁场和匀强电场。一个带电粒子( 不计重力 ) 以一定初速 度射入该空间后, 做匀速直线运动; 若仅撤除电场 , 则该粒子做匀速圆周运动, 下列因素与完成 上述两类运动无关的是( ) A.磁场和电场的方向B.磁场和电场的强弱 C.粒子的电性和电量D.粒子入射时的速度 【解析】 选 C。由题可知 , 当带电粒子在复合场内做匀速直线运动, 即 Eq=qvB,则 v=, 若仅撤 除电场 , 粒子仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动, 说明要满
2、足题意, 对磁场与电场的方向以 及强弱程度都要有要求, 但是对电性和电量无要求, 根据 F=qvB可知 , 洛伦兹力的方向与速度方 向有关 , 故对入射时的速度也有要求, 故选 C。 2. 如图所示 , 一个静止的质量为m 、 带电荷量为q 的带电粒子 ( 不计重力 ), 经电压 U加速后垂直 进入磁感应强度为B的匀强磁场中, 粒子最后落到P点, 设 OP=x,下列图线能够正确反映x 与 U 之间的函数关系的是( ) 精品文档，名师推荐！ 欢迎下载，祝您学习进步，成绩提升 - 2 - 【解析】 选 B。在加速电场中, 由动能定理得:qU= mv 2, 解得 :v= , 磁场中 , 洛伦兹力提供
3、 向心力 , 有:qvB=m, 得 :r=, 则得 :x=2r=,B、m 、 q 都一定 , 则由数学 知识得到 ,x U图像是抛物线,B 正确 , 故选 B。 3.(2020 成都模拟 ) 如图所示 , 两平行金属板中有相互垂直的匀强电场和匀强磁场,一个 粒 子从两板正中央垂直电场、磁场入射, 它在金属板间运动轨迹如图中曲线所示, 则在 粒子飞 跃金属板间区域过程中( ) A. 粒子的动能增大 B. 粒子的电势能增大 C.电场力对 粒子做负功 D.磁场力对 粒子做负功 【解析】 选 A 。对 粒子在电场、磁场中进行受力分析, 受到竖直向上的洛伦兹力和竖直向下 的电场力。运动过程中, 洛伦兹力
4、不做功, 由图中给出的 粒子的运动轨迹可知电场力对其做 正功 , 因此 粒子的电势能减小。再由动能定理可知, 粒子的动能增大。因此A正确 ,B、C、 D错误。 4.(2019 天津高考 ) 笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开 启时磁体远离霍尔元件, 电脑正常工作 ; 当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件, 屏幕熄灭 , 电脑进 入休眠状态。 如图所示 , 一块宽为a、长为 c 的矩形半导体霍尔元件, 元件内的导电粒子是电荷 量为 e 的自由电子 , 通入方向向右的电流时, 电子的定向移动速度为v。 当显示屏闭合时元件处 于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中, 于是元件的前
5、、 后表面间出现电压U,以此控制屏幕 的熄灭。则元件的( ) 精品文档，名师推荐！ 欢迎下载，祝您学习进步，成绩提升 - 3 - A.前表面的电势比后表面的低 B.前、后表面间的电压U与 v 无关 C.前、后表面间的电压U与 c 成正比 D.自由电子受到的洛伦兹力大小为 【解析】 选 D。根据左手定则可知自由电子偏向后表面, 元件的后表面带负电, 即后表面的电势 比前表面的低,A 错误 ; 根据稳定时自由电子所受的电场力与洛伦兹力平衡, 即 e=evB 得 U=Bva, 所以选项B、 C均错误 ; 自由电子受到的洛伦兹力与所受电场力大小相等, 即 F=evB=e,D 正确。 5.( 多选 )
6、如图所示 , 已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压U加速后 , 水平 进入互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B的复合场中 (E 和 B已知 ), 小球在此空间的竖直面内 做匀速圆周运动, 则( ) A.小球带负电 B.小球做匀速圆周运动的半径为r= C.小球做匀速圆周运动的周期为T= D.若电压 U增大 , 则小球做匀速圆周运动的周期增加 【解题指南】(1) 小球做匀速圆周运动表明静电力和重力等大反向。 (2) 小球做圆周运动的半径r=, 周期 T=。 【解析】 选 A、 B 。小球在复合场中做匀速圆周运动, 则小球受到的静电力和重力满足mg=Eq, 则小球带负电,A 正确 ; 因为
7、小球做圆周运动的向心力为洛伦兹力,由牛顿第二定律和动能定理 可得 :Bqv=,Uq= mv 2, 联立两式可得 : 小球做匀速圆周运动的半径 r=, 由 T= 可以得出T=, 与电压 U无关 , 所以 B正确 ,C、D错误。 6. 如图为质谱仪原理示意图, 电荷量为q、质量为 m的带正电的粒子从静止开始经过电压为U 的加速电场后进入粒子速度选择器。选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场, 匀强电场 精品文档，名师推荐！ 欢迎下载，祝您学习进步，成绩提升 - 4 - 的场强为E、方向水平向右。 已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择器,从 G点垂直 MN进入偏 转磁场 , 该偏转磁场是一个以直线M
8、N 为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场。带电粒子经偏 转磁场后 , 最终到达照相底片的H点。可测量出G 、H间的距离为L, 带电粒子的重力可忽略不 计。求 : (1) 粒子从加速电场射出时速度v 的大小。 (2) 粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向。 (3) 偏转磁场的磁感应强度B2的大小。 【解析】 (1) 在加速电场中 , 由 qU= mv 2 可解得 v=。 (2) 粒子在速度选择器中受到向右的电场力qE, 应与洛伦兹力qvB1平衡 , 故磁场 B1的方向应该垂直于纸面向外, 由 qE=qvB1 得 B1= =E。 (3) 粒子在磁场B2中的轨道半径r=L, 由 r=,
9、 得 B2=。 答案 : (1)(2)E方向垂直纸面向外 (3) 精品文档，名师推荐！ 欢迎下载，祝您学习进步，成绩提升 - 5 - 7.(2019 景德镇模拟) 如图所示 , 在 xOy 坐标系中有与x 轴夹角为=30的虚线OA,OA与 y 轴之间的区域有垂直纸面向外的匀强磁场,OA 与 x 轴之间的区域有沿x 轴正方向、场强大小 E=1 10 6 N/C 的匀强电场。现从 y 轴上的 P点沿与 y 轴正方向夹角60的方向 , 以初速度 v=510 5 m/s 射入一个带正电、比荷 =110 7 C/kg 的粒子 , 经过磁场、电场后最终打在 x 轴 上的 Q点( 图中未画出 ) 。 已知粒
10、子在磁场中做圆周运动的半径为0.1 m,P点到 O点的距离为 m(带电粒子的重力忽略不计) 。求 : (1) 匀强磁场的磁感应强度大小B及粒子做圆周运动的时间t1。 (2) 画出粒子在磁场、电场中的运动轨迹并求出Q点的横坐标xQ。 (3) 粒子打在Q点时的速度方向与x 轴正方向夹角的正切值。 【解析】 (1) 由 qvB=m 解得 B=1 T=0.5 T 由几何关系可知, 粒子在磁场中转过的角度为120, 则时间 :t 1= T= = 10 -7 s; (2) 粒子从 M点进入电场 , 此时 M点的横坐标为 : x1=Rsin 30+R=0.15 m 精品文档，名师推荐！ 欢迎下载，祝您学习进
11、步，成绩提升 - 6 - 由几何关系知, 粒子进入电场的速度方向与电场方向垂直, 则粒子在电场中做类平抛运动; 类 平抛加速度a=110 13 m/s2, 在电场中的时间 t2=10 -7 s,x 方向位移x2= a=0.15 m, 则 xQ=x1+x2=0.15 m+0.15 m=0.3 m。 (3) 粒子打在Q点时的速度方向与x 轴正方向夹角的正切值:tan =。 答案 : (1)0.5 T 10 -7 s (2) 见解析(3) 【总结提升】带电粒子在组合场中运动问题的解题技巧 带电粒子在组合场中的运动, 实际上仍是一个力学问题, 分析的基本思路: (1) 弄清组合场的组成。 (2) 正确
12、分析带电粒子的受力情况及运动特征。 (3) 画出粒子运动轨迹, 灵活选择对应的运动规律列式求解。例如,带电粒子在电场中加速, 一 般选择动能定理; 类平抛运动一般要进行运动的分解;圆周运动一般分析向心力等。 (4) 对于临界问题 , 注意挖掘隐含条件, 关注特殊词语, 如“恰好”“刚好”“至少”, 寻找解题 的突破口。 8.( 多选 ) 如图所示 , 在正交的匀强电场和匀强磁场中,电场方向竖直向上, 磁场方向垂直于纸 面向里 , 带电粒子B静止在正交的电磁场中, 另一带电粒子A以一定的水平速度沿直线向右运 动, 与粒子 B碰撞后粘在一起, 碰撞过程中粒子的电荷量没有损失, 两个粒子的质量相等,
13、 则下 列说法正确的是( ) A.粒子 A带负电 , 粒子 B带正电 B.粒子 A的带电量一定小于粒子B的带电量 C.两粒子碰撞后仍沿直线运动 精品文档，名师推荐！ 欢迎下载，祝您学习进步，成绩提升 - 7 - D.两粒子碰撞后会做向上偏转运动 【解析】 选 B、 D 。粒子 B静止在电磁场中, 则 qBE=mBg, 且粒子 B带正电 , 粒子 A以一定的水平 速度在正交的电磁场中沿直线向右运动, 则粒子 A也带正电 , 有 qAE+qAv0B=mAg, 联立上面两式 得:qAE+qAv0B=qBE,则粒子 A的带电量小于粒子B的带电量 , 选项 A错误、 B正确 ; 根据动量守恒 定律有 m
14、Av0=(mA+mB)v, 则 v= v0, 由于 (qA+qB)E+(qA+qB) v0B(qA+qB)E+qAv0B=(mA+mB)g, 因此碰撞 后粒子会做向上的偏转运动, 选项 C错误、 D正确 , 故本题选B、D。 9.( 多选 ) 如图所示 , 竖直放置的两块很大的平行金属板a、b, 相距为 d,a 、b 间的电场强度为 E,今有一带正电的微粒从a 板下边缘以初速度v0竖直向上射入电场, 当它飞到b 板时 ,速度大 小不变 , 而方向变为水平方向, 且刚好从高度也为d 的狭缝进入bc 区域 ,bc 区域的宽度也为d, 所加电场的场强大小为E,方向竖直向上, 磁感应强度方向垂直纸面向
15、里, 磁感应强度大小等于 , 重力加速度为g, 则下列关于微粒运动的说法正确的是( ) A.微粒在 ab 区域的运动时间为 B.微粒在 bc 区域中做匀速圆周运动, 圆周半径r=2d C.微粒在 bc 区域中做匀速圆周运动, 运动时间为 D.微粒在 ab、bc 区域中运动的总时间为 【解析】 选 A、 B 、D。粒子在电场中做类平抛运动, 水平方向上在电场力作用下做初速度为零 的匀加速运动, 竖直方向上在重力作用下做匀减速运动, 因为到达b 板后速度水平且速度大小 不变 , 故竖直方向上做末速度为零的匀减速直线运动,并且 Eq=mg,根据分运动的等时性可得, 在竖直方向上有0=v0-gt,解得
16、 t=, 故 A正确 ; 进入复合场后 , 由于 Eq=mg,所以粒子在洛伦兹 力作用下做匀速圆周运动, 洛伦兹力提供向心力qv0B=m, 解得 r=, 精品文档，名师推荐！ 欢迎下载，祝您学习进步，成绩提升 - 8 - 代入 B=, 可得 r=, 在电场中运动过程中水平方向上有v0=at,d=, 故有 r=2d,B 正确 ; 作出粒子运动的轨迹,如图所示 : 由几何关系 , 得到回旋角度为30, 故在复合场中的运动时间为t2=, 故 C错误 ; 粒子在电场中运动时间为t1=, 故粒子在ab、 bc 区域中运动的总时间为 t=t1+t2=, 故 D正确。 【补偿训练】 如图所示 , 某一真空室内充满竖直向下的匀强电场E,在竖直平面内建立坐标系xOy,在 y0 的空间内 , 将一质量为m的带电液滴 ( 可视为质 点) 自由释放 , 此液滴沿y 轴的负方向 , 以加速度a=2g(g 为重力加速度) 做匀加速直线运动, 当 液滴运动到坐标原点时, 瞬间被安装在原点的一个装置改变了
