2019高考物理二轮复习专题四电场和磁场1_4_10带电粒子在组合场、复合场中的运动训练.docx

1-4-10 带电粒子在组合场、复合场中的运动课时强化训练1如图所示，从离子源发射出的正离子，经加速电压U加速后进入相互垂直的电场(E方向竖直向上)和磁场(B方向垂直纸面向外)中，发现离子向上偏转。要使此离子沿直线通过电磁场，需要()A增加E，减小B B增加E，减小UC适当增加U D适当减小B解析 离子所受的电场力FqE，洛伦兹力F洛qvB，qUmv2，离子向上偏转，电场力大于洛伦兹力，故要使离子沿直线运动，可以适当增加U，增加速度，洛伦兹力增大，C正确；也可适当减小E或增大B，电场力减小或洛伦兹力增大，A、B、D错误。答案 C2(多选)质量为m，带电量为q的小物块，从倾角为的光滑绝缘斜面上由静止下滑，整个斜面置于方向水平向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，如图所示。若带电小物块下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零，下面说法中正确的是()A小物块一定带正电荷B小物块在斜面上运动时做匀加速直线运动C小物块在斜面上运动时做加速度增大，而速度也增大的变加速直线运动D小物块在斜面上下滑过程中，当小物块对斜面压力为零时的速率为解析 小物块沿斜面下滑对斜面作用力为零时受力分析如图所示，小物块受到重力mg和垂直于斜面向上的洛伦兹力F，故小物块带负电荷，A错误；小物块在斜面上运动时合力等于mgsin 保持不变，做匀加速直线运动，B正确，C错误；小物块在斜面上下滑过程中，当小物块对斜面压力为零时有qvBmgcos ，则有v，D正确。答案 BD3(多选)在地面附近的空间中有水平方向的匀强电场和匀强磁场，已知磁场的方向垂直纸面向里，一个带电油滴沿着一条与竖直方向成角的直线MN运动，如图所示。由此可判断下列说法正确的是()A如果油滴带正电，则油滴从M点运动到N点B如果油滴带正电，则油滴从N点运动到M点C如果电场方向水平向右，则油滴从N点运动到M点D如果电场方向水平向左，则油滴从N点运动到M点解析 油滴在运动过程中受到重力、电场力及洛伦兹力的作用，因洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，大小随速度的改变而改变，而电场力与重力的合力是恒力，所以油滴做匀速直线运动；又因电场力一定在水平方向上，故洛伦兹力的方向是斜向上方的，因而当油滴带正电时，应该由M点向N点运动，故选项A正确，B错误。若电场方向水平向右，则油滴需带负电，此时斜向右上方与MN垂直的洛伦兹力对应油滴从N点运动到M点，即选项C正确。同理，电场方向水平向左时，油滴需带正电，油滴是从M点运动到N点的，故选项D错误。答案 AC4(2018山西五市联考)如图所示的金属导体，长l、宽d、高h，导体中通有沿x轴正方向的恒定电流I，空间存在沿z轴负方向的匀强磁场，磁感应强度为B，已知金属导体中单位体积内自由电子数为n，电子电荷量为e，则下列说法正确的是()A金属导体的M面带正电B金属导体中电荷定向移动速率为C增加导体高度h，M、M两面间的电压将增大DM、M两面间的电势差为解析 根据左手定则知，电子向M面偏转，则导体的M面带负电，为负极，M面带正电，为正极；自由电子做定向移动，视为匀速运动，设定向移动速率为v，则时间t内某一截面内电子前进的距离为vt，对应体积为vthd，此体积内含有的电子个数为nvthd，电荷量为nevthd，则电流Inevhd，电荷定向移动速率为v；电子受电场力和洛伦兹力平衡，有eBev，可得电势差UBhv，可知M、M两面间的电压与导体高度h无关；因M面电势低，则M、M两面间的电势差为。所以B正确，A、C、D错误。答案 B5(2018湖北宜昌调研)如图所示，水平放置平行金属板间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场强度为E，磁感应强度为B。一带电荷量为q、质量为m的粒子(不计重力)以速度v水平向右射入，粒子恰沿直线穿过，则下列说法正确的是()A若只将带电粒子带电荷量变为2q，粒子将向下偏转B若只将带电粒子带电荷量变为2q，粒子仍能沿直线穿过C若只将带电粒子速度变为2v且粒子不与极板相碰，则从右侧射出时粒子的电势能减少D若带电粒子从右侧水平射入，粒子仍能沿直线穿过解析 粒子在不计重力的前提下，恰沿直线穿过，说明粒子受力平衡，qEBqv，得速度v，与电荷量无关，A项错误，B项正确；若带电粒子速度变为2v，则Eqx乙，O、C之间距离大于O、B之间的距离，选项A正确，B错误；因平抛运动中速度与水平方向的夹角tan 2tan ，且小球初速度v0也相同，结合数学知识可知小球落到B点与C点速度大小相等，选项C正确；从O到A与从O到D，都只有重力做功，但从O到D小球运动的时间长，重力做功多，选项D错误。答案 AC7如图所示，两个半径相同的半圆形轨道分别竖直放在匀强电场和匀强磁场中，轨道两端在同一高度上，轨道是光滑的而且绝缘，两个相同的带正电小球同时从两轨道左端最高点由静止释放，a、b为轨道的最低点，则不正确的是()A两小球到达轨道最低点的速度vavbB两小球到达轨道最低点时对轨道的压力FaFbC小球第一次到达a点的时间大于小球第一次到达b点的时间D在磁场中小球能到达轨道的另一端，在电场中小球不能到达轨道的另一端解析 小球在磁场中时，由最高点到最低点只有重力做功，而洛伦兹力不做功；在电场中，由最高点到最低点除重力做功外，电场力做负功，根据动能定理可知，两小球到达轨道最低点的速度vavb，选项A正确；两小球到达轨道最低点时，由牛顿第二定律可得FaBqvamgm，Fbmgm，故FaFb，选项B正确；由于小球在磁场中运动时，磁场力对小球不做功，整个过程中小球的机械能守恒，而小球在电场中运动受到的电场力对小球做负功，到达最低点时的速度的大小较小，所以在电场中运动的时间也长，故小球第一次到达a点的时间小于小球第一次到达b点的时间，故C错误；由于小球在磁场中运动，磁场力对小球不做功，整个过程中小球的机械能守恒，所以小球可以到达轨道的另一端，而电场力对小球做负功，所以小球在达到轨道另一端与初位置等高的点之前速度就减为零了，故不能到达轨道的另一端，故D正确。答案 C8(多选)(2018河北衡水一调)如图所示，在、两个区域内存在磁感应强度均为B的匀强磁场。磁场方向分别垂直于纸面向外和向里，AD、AC边界的夹角DAC30，边界AC与边界MN平行，区域宽度为d。质量为m、电荷量为q的粒子可在边界AD上的不同点射入。入射速度垂直于AD且垂直于磁场，若入射速度大小为。不计粒子重力，则()A粒子在磁场中的运动半径为B粒子距A点0.5d处射入，不会进入区C粒子距A点1.5d处射入，在区内运动的时间为D能够进入区域的粒子，在区域内运动的最短时间为解析 粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律有qvBm，其中v，解得rd，故A错误；画出恰好不进入区的临界轨迹，如图所示。结合几何关系有AO2r2d，故从距A点0.5d处射入，圆心在AD上离A点距离为1.5 d，由几何知识可知粒子会进入区，故B错误；粒子从距A点1.5 d处射入，在区内运动的轨迹为半个圆周，故时间为t，故C正确；从A点进入的粒子在磁场中运动的轨迹最短(弦长也最短)，时间最短，轨迹如图所示，轨迹对应的圆心角为60，故时间为t，故D正确。答案 CD9(多选)如图所示，在第二象限内有水平向右的匀强电场，电场强度为E，在第一、第四象限内分别存在如图所示的匀强磁场，磁感应强度大小相等。有一个带电粒子以初速度v0垂直x轴，从x轴上的P点进入匀强电场，恰好与y轴成45角射出电场，再经过一段时间又恰好垂直于x轴进入下面的磁场。已知OP之间的距离为d，则带电粒子()A在电场中运动的时间为B在磁场中做圆周运动的半径为dC自进入磁场至第二次经过x轴所用时间为D自进入电场至在磁场中第二次经过x轴的时间为解析 带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，水平方向做匀加速直线运动，竖直方向做匀速直线运动，出电场时与y轴成45角，水平速度与竖直速度相等，则由水平方向t1，则竖直方向的位移yv0t12d，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，恰好垂直于x轴进入下面的磁场，则由几何关系可求出粒子的半径为r2d且r，粒子垂直进入下面磁场中继续做匀速圆周运动，又垂直x轴出磁场，粒子自进入磁场至第二次经过x轴所用时间为t2T，自进入电场至在磁场中第二次经过x轴的时间为tt1t2，故选A、D。答案 AD10(2018福建泉州检测)如图所示，两块相同的金属板MN、PQ平行倾斜放置，与水平面的夹角为45，两金属板间的电势差为U，PQ板电势高于MN板，且MN、PQ之间分布有方向与纸面垂直的匀强磁场。一质量为m、带电荷量为q的小球从PQ板的P端以速度v0竖直向上射入，恰好沿直线从MN板的N端射出，重力加速度为g。求：(1)磁感应强度的大小和方向；(2)小球在金属板之间的运动时间。解析 (1)小球在金属板之间做匀速直线运动，受重力G、电场力F电和洛伦兹力f，F电的方向与金属板垂直，由左手定则可知f的方向沿水平方向，三力合力为零，结合平衡条件可知小球带正电。金属板MN、PQ之间的磁场方向垂直纸面向外，且有qv0Bmg tan 45得B(2)解法一设两金属板之间的距离为d，则板间电场强度E又qEmghd小球在金属板之间的运动时间t解得t解法二由于fqv0B不做功，WGmgh，W电qU，则由动能定理得qUmgh0hv0t得t答案 (1)垂直纸面向外(2)11(2018江西上饶六校一联)如图甲所示，足够长的两金属导轨MN、PQ水平平行固定，两导轨间距为L，电阻不计，且处在竖直向上的磁场中，完全相同的导体棒a、b垂直放置在导轨上，并与导轨接触良好，两导体棒的间距也为L，电阻均为R0.5 ，开始时磁场的磁感应强度按图乙所示的规律变化，当t0.8 s时导体棒刚好要滑动，已知L1 m，滑动摩擦力等于最大静摩擦力。(1)求每根导体棒与导轨间的滑动摩擦力的大小及0.8 s内整个回路中产生的焦耳热。(2)若保持磁场的磁感应强度B0.5 T不变，用一个水平向右的力F拉导体棒b，使导体棒b由静止开始做匀加速直线运动，力F的变化规律如图丙所示，则经过多长时间导体棒a开始滑动；每根导体棒的质量为多少。(3)当(2)问中的拉力作用时间为4 s时，求a、b两棒组成的系统的总动量。解析 (1)开始时磁场的磁感应强度均匀变化，则回路中产生的感应电动势为：EL20.5 V回路中的电流为：I0.5 A当t0.8 s时：fBIL0.25 N08 s内整个回路中产生的焦耳热为：QI22Rt0.2 J(2)在导体棒a未滑动前，对导体棒b，根据牛顿第二定律有：Ffma即：Fmaf结合F-t图像的纵轴截距和斜率可得：fma0.5 N0.125 N/s解得：a0.5 m/s2m0.5 kg当导体棒a刚好要滑动时有：f解得：v1 m/s导体棒b运动的时间为：t2 s(3)当导体棒a滑动后的2 s内，a、b两棒受到的安培力等大反向，对a、b系统，根据动量定理有：IF2ftp总mv由题图丙图线与时间轴所围面积的意义可知：IF2 Ns1.75 Ns则：p总IFmv2ft1.25 kgm/s答案 (1)0.25 N0.2 J(2)2 s0.5 kg(3)1.25 kgm/s12如图所示，在xOy平面内存在匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强大小为E，方向沿y轴正方向，匀强磁场和的分界线为平行于x轴的直线，两磁场方向如图所示。在坐标原点O处沿x轴正方向射出质量为m、电荷量为q的带电粒子，粒子恰好从两磁场的分界线处的P(2d，d)点离开电场进入匀强磁场中，最后刚好能从x轴上的N点离开匀强磁场。不计粒子的重力，求：(1)