2020高考物理一轮总复习第九章磁场能力课2带电粒子在复合场中的运动练习（含解析）新人教版.docx

能力课2 带电粒子在复合场中的运动一、选择题1医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零在某次监测中，两触点的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 V，磁感应强度的大小为0.040 T则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()A1.3 m/s，a正、b负 B2.7 m/s，a正、b负C1.3 m/s，a负、b正 D2.7 m/s，a负、b正解析：选A血液中正负离子流动时，根据左手定则，正离子受到向上的洛伦兹力，负离子受到向下的洛伦兹力，所以正离子向上偏，负离子向下偏，则a带正电，b带负电，故C、D错误；最终血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零，有qqvB，所以血流速度v m/s1.3 m/s，故A正确，B错误2(多选)如图所示，现有一质量为m、电荷量为q的带负电小球(可视为质点)用不可伸长的绝缘细线拴住，细线的另一端系于O点，现加一竖直向下的匀强磁场(磁感应强度大小为B)和一匀强电场，使小球在水平面内以某角速度做匀速圆周运动，这时细线与竖直方向夹角为30，且细线张力恰好为零，不计空气阻力，则下列判断正确的是() A小球运动的角速度B从上往下看，小球沿逆时针方向旋转C若某时刻撤去磁场，小球做圆周运动的角速度D若某时刻撤去磁场，小球做圆周运动的线速度减小解析：选AC由题可知，细线上拉力为零，说明小球受到的电场力和重力平衡，洛伦兹力提供向心力，即Bqrmr2，解得，A正确；根据左手定则可知从上往下看，小球沿顺时针方向旋转，B错误；若某时刻撤去磁场，重力和电场力仍平衡，线的拉力与速度方向垂直，拉力不做功，故小球在速度和细线拉力所在平面内做匀速圆周运动，并以O点为圆心，细线长为半径，所以有Lr，依题意有rLsin30，所以，C正确，D错误3(多选)利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差UCD，下列说法中正确的是 ()A电势差UCD仅与材料有关B若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD0C仅增大磁感应强度时，电势差UCD变大D在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平解析：选BC电势差UCD与磁感应强度B、电流强度I、材料有关，选项A错误；若霍尔元件的载流子是自由电子，由左手定则可知，电子向C侧面偏转，则电势差UCDF洛，GFfma，即maG(FqvB)，随着速度v的不断增大，a也不断增大当FF洛时，a最大，为重力加速度g.再随着速度v的不断增大，FF洛，即maG(qvBF)，加速度a不断减小，当a减小到零时，GFf，再往后做匀速运动故选C.二、非选择题5如图所示，空间中存在着水平向右的匀强电场，电场强度大小E5 N/C，同时存在着水平方向的匀强磁场，其方向与电场方向垂直，磁感应强度大小B0.5 T有一带正电的小球，质量m1.0106 kg，电荷量q2106 C，正以速度v在图示的竖直面内做匀速直线运动，当经过P点时撤掉磁场(不考虑磁场消失引起的电磁感应现象)，取g10 m/s2.求：(1)小球做匀速直线运动的速度v的大小和方向；(2)从撤掉磁场到小球再次穿过P点所在的这条电场线经历的时间t.解析：(1)小球匀速直线运动时受力如图，其所受的三个力在同一平面内，合力为零，有qvB代入数据解得v20 m/s速度v的方向与电场E的方向之间的夹角满足tan代入数据解得tan则60.(2)撤去磁场，小球在重力与电场力的合力作用下做类平抛运动，设其加速度为a，有a设撤去磁场后小球在初速度方向上的分位移为x，有xvt设小球在重力与电场力的合力方向上分位移为y，有yat2a与mg的夹角和v与E的夹角相同，均为，又tan联立式，代入数据解得t2 s3.5 s.答案：(1)20 m/s与电场E的方向之间的夹角为60斜向上(2)3.5 s6(2018届河北衡水中学一调)如图所示，质量M为5.0 kg的小车以2.0 m/s的速度在光滑的水平面上向左运动，小车上AD部分是表面粗糙的水平轨道，DC部分是光滑圆弧轨道，整个轨道都是由绝缘材料制成的，小车所在空间内有竖直向上的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场，电场强度E大小为50 N/C，磁感应强度B大小为2.0 T现有一质量m为2.0 kg、带负电且电荷量为0.10 C的滑块以10 m/s的水平速度向右冲上小车，当它运动到D点时速度为5 m/s.滑块可视为质点，g取10 m/s2，计算结果保留两位有效数字(1)求滑块从A到D的过程中，小车与滑块组成的系统损失的机械能；(2)如果滑块刚过D点时对轨道的压力为76 N，求圆弧轨道的半径r；(3)当滑块通过D点时，立即撤去磁场，要使滑块冲出圆弧轨道，求此圆弧轨道的最大半径解析：(1)设滑块运动到D点时的速度大小为v1，小车在此时的速度大小为v2，物块从A运动到D的过程中，系统水平方向动量守恒，以向右为正方向，有mv0Mvmv1Mv2，解得v20.设小车与滑块组成的系统损失的机械能为E，则有Emv02Mv2mv12，解得E85 J.(2)设滑块刚过D点时受到轨道的支持力为FN，则由牛顿第三定律可得FN76 N，由牛顿第二定律可得FN(mgqEqv1B)m，解得r1 m.(3)设滑块沿圆弧轨道上升到最大高度时，滑块与小车具有共同的速度v，水平方向系统动量守恒，由动量守恒定律可得mv1(mM)v，解得v m/s.设圆弧轨道的最大半径为Rm，由能量守恒定律有mv12(mM)v2(mgqE)Rm，解得Rm0.71 m.答案：(1)85 J(2)1 m(3)0.71 m7如图，绝缘粗糙的竖直平面MN左侧同时存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，电场强度大小为E，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的小滑块从A点由静止开始沿MN下滑，到达C点时离开MN做曲线运动A、C两点间距离为h，重力加速度为g.(1)求小滑块运动到C点时的速度大小vC；(2)求小滑块从A点运动到C点过程中克服摩擦力做的功Wf；(3)若D点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大的位置，当小滑块运动到D点时撤去磁场，此后小滑块继续运动到水平地面上的P点已知小滑块在D点时的速度大小为vD，从D点运动到P点的时间为t，求小滑块运动到P点时速度的大小vP.解析：(1)小滑块沿MN运动过程，水平方向受力满足qvBNqE小滑块在C点离开MN时N0解得vC.(2)滑块从A到C由动能定理mghWfmvC20解得Wfmgh.(3)如图，小滑块速度最大时，速度方向与电场力、重力的合力方向垂直撤去磁场后小滑块将做类平抛运动，等效加速度为gg且vP2vD2g2t2 解得vP.答案：(1)(2)mgh(3) 8(2018届四川成都第二次诊断)如图所示为竖直平面内的直角坐标系xOy，A点的坐标为(8 m,0)，C点的坐标为(4 m,0)；A点右侧的区域存在沿y轴正方向的匀强电场，8 mx4 m区域的场强大小为E15 V/m，4 mx0区域的场强大小为E27 V/m，x0区域的场强大小为E35 V/m；第一、四象限内的磁场方向相反且垂直于坐标平面，磁感应强度大小均为B2 T现让一带正电的小球从A点沿x轴正方向以v04 m/s的速率进入电场已知小球的质量m2103 kg，电荷量q4103 C，假设电场和磁场区域足够宽广，小球可视为质点且电荷量保持不变，忽略小球在运动中的电磁辐射，重力加速度取g10 m/s2.求：(1)小球到达y轴时的速度；(2)小球从A点运动到坐标为(56 m)的点经历的时间解析：(1)在8 mx4 m区域，小球所受电场力FqE1代入数据得F2102 N，方向向上由题知mg2102 N因Fmg所以小球做匀速直线运动，设该过程经历时间为t1在4 mxmg，小球做类平抛运动，设该过程经历时间为t2，根据运动学规律在y轴方向上有qE2mgma代入数据得a4 m/s2yat22，vyat2在x轴方向上有COv0t2代入数据得t21 s2 m，vy4 m/s由v代入数据解得v4 m/s设v与y轴正方向的夹角为由tan，代入数据解得45.(2)在x0区域，qE3mg，分析知，小球先在第一象限做半径为r、周期为的匀速圆周运动，接着交替在第四、第一象限做半径为r、周期为的匀速圆周运动，轨迹如图所示洛伦兹力提供向心力，有qvBm代入数据得r m设小球在第一象限第一次到达x轴的位置为P点，第二次到达x轴的位置为G点由几何关系得OP2 m，PG2rcos2 m