高考物理二轮复习 专题突破练10 带电粒子在复合场中的运动.doc

专题突破练10带电粒子在复合场中的运动(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(共4小题,每小题6分,共24分。在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错或不答的得0分)1.(2017山东枣庄模拟)一个不计重力的带电粒子以初速度v0沿各图中的虚线射入场中,a图中两条垂直于纸面的长直导线中等大、反向的电流,电流为i,虚线是两条导线垂线的中垂线;b图中是两个位置固定的等量同种点电荷,电荷量为+q,虚线是两位置连线的中垂线;c图中是圆环线圈,环中的电流为i,虚线过圆心且垂直圆环平面;d图中是正交的匀强电场和匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里。其中,带电粒子可能做匀速直线运动的是()答案 ac解析 根据安培定则判断可知,a选项中虚线上合磁场的方向沿虚线方向向右,与带电粒子的速度方向平行,所以带电粒子不受洛伦兹力,因而带电粒子做匀速直线运动,故a正确;根据等量同种电荷的电场线分布可知b选项中电场线与虚线重合,带电粒子所受的电场力与其速度平行,粒子做变速直线运动,故b错误;由安培定则可知,c选项中圆环线圈产生的磁场与虚线重合,与带电粒子的速度方向平行,所以带电粒子不受洛伦兹力,带电粒子做匀速直线运动,故c正确;d选项中若粒子带正电,粒子所受的电场力向上,由左手定则判断知洛伦兹力方向也向上,不能与电场力平衡,则带电粒子不能做匀速直线运动,故d错误。2.如图所示,质量为m,电荷量为+q的三个相同的带电小球a、b、c,从同一高度以初速度v0水平抛出,b球处于竖直向下的匀强磁场中,c球处于垂直纸面向里的匀强电场中,它们落地的时间分别为ta、tb、tc,落地时的速度大小分别为va、vb、vc,则以下判断正确的是()a.ta=tb=tcb.tbta=tcc.vc=vavbd.va=vbvc答案 ad解析 根据题意可知,a球只有重力做功,竖直方向上做自由落体运动;b球除重力之外还受到洛伦兹力作用,但洛伦兹力总是水平方向的,不影响竖直方向的运动,所以竖直方向也做自由落体运动,但洛伦兹力不做功,只有重力做功;c球除重力做功外,还受到垂直纸面向里的电场力作用,竖直方向做自由落体运动,而且电场力对其做正功,所以在竖直方向上三个球都做自由落体运动,下落的高度又相同,故下落时间相同,则有ta=tb=tc。故a正确,b错误;根据动能定理可知,a、b两球只有重力做功,合力做的功相等,初速度又相同,所以末速度大小相等,而c球除重力做功外,还有电场力做功,所以c球合外力做的功比a、b两球合外力做的功大,而初速度与a、b球的初速度相等,故c球的末速度比a、b两球的末速度大,即va=vbvc,故c错误,d正确。3.(2017吉林普高调研)电磁泵在目前的生产、科技中得到了广泛应用。如图所示,泵体是一个长方体,ab边长为l1,两侧端面是边长为l2的正方形,流经泵体内的液体密度为,在泵头通入导电剂后液体的电导率为(电阻率倒数),泵体处有方向垂直向外的磁场b,泵体的上下两表面接在电压为u(内阻不计)的电源上,则()a.泵体上表面应接电源正极b.通过泵体的电流i=ul1c.增大磁感应强度可获得更大的抽液高度d.增大液体的电阻率可获得更大的抽液高度答案 ac解析 当泵体上表面接电源的正极时,电流从上向下流过泵体,这时受到的磁场力水平向左,拉动液体,故a正确;根据电阻定律,泵体内液体的电阻r=ls=1l2l1l2=1l1;因此流过泵体的电流i=ur=ul1,故b错误;增大磁感应强度b,受到的磁场力变大,因此可获得更大的抽液高度,故c正确;若增大液体的电阻率,可以使电流减小,受到的磁场力减小,使抽液高度减小,故d错误。4.(2017湖南邵阳联考)如图所示,在x0的区域中,分别存在磁感应强度大小为b1与b2的匀强磁场,磁场方向均垂直于纸面向里,且b1b2=32。在原点o处同时发射两个质量分别为ma和mb的带电粒子,粒子a以速率va沿x轴正方向运动,粒子b以速率vb沿x轴负方向运动,已知粒子a带正电,粒子b带负电,电荷量相等,且两粒子的速率满足mava=mbvb。若在此后的运动中,当粒子a第4次经过y轴(出发时经过y轴不算在内)时,恰与第1次经过y轴的粒子b相遇。粒子重力不计。下列说法正确的是()a.粒子a、b在磁场b1中的偏转半径之比为32b.两粒子在y轴的正半轴相遇c.粒子a、b相遇时的速度方向相同d.粒子a、b的质量之比为15导学号88904155答案 bcd解析 由qvb=mv2r可知r=mvqb,则ra1rb1=mavaqb1mbvbqb1=11,a错误;a粒子从o点出发沿x轴正方向射出向上顺时针转半周在y轴上上移2ra2,穿过y轴后顺时针向下转半周后下移2ra1,由于b20)的粒子从坐标原点o以初速度v沿x轴正方向射入该空间,粒子恰好能做匀速直线运动。不计粒子重力的影响。(1)求所加电场强度e的大小和方向;(2)若撤去电场,并改变磁感应强度的大小,使得粒子恰好能够经过坐标为(3a,0,-a)的点,求改变后的磁感应强度b大小。答案 (1)e=vb,方向沿z轴正向(2)mv2qa解析 (1)由左手定则可知,带电粒子所受洛伦兹力沿z轴负方向,则由平衡条件可知,电场力沿z轴正方向,即电场强度沿z轴正方向,且qe-qvb=0解得e=vb。(2)粒子运动的轨迹如图所示,由几何关系可知,r2=(r-a)2+(3a)2解得粒子运动的半径r=2a由牛顿第二定律得qvb=mv2r。解得b=mv2qa。8.(13分)(2017山东泰安模拟)在平面坐标系内,在第象限内有沿y轴负方向的匀强电场,在第、象限内有垂直坐标平面向外的匀强磁场。在y轴上y=l处沿正x方向发射一比荷为qm、速度为v0的带正电粒子,从x=2l的m点离开电场,经磁场后再次到达x轴时刚好从坐标原点o处经过。不计粒子重力。(1)求匀强电场的电场强度e和匀强磁场的磁感应强度b的大小;(2)求粒子从a运动到o经历的时间;(3)若让该粒子从y轴上y0的任意位置p处沿正x轴方向发射(发射速度v0不变),求它第二次通过x轴时的横坐标。答案 (1)e=mv022qlb=mv0ql(2)(4+3)l2v0(3)x=0解析 (1)由于粒子在电场中做类平抛运动,设经历的时间为t1,则2l=v0t1,l=12qemt12,整理得e=mv022al设离开电场时的速度大小为v,与x轴的夹角为则qel=12mv2-12mv02,cos =v0v设粒子在磁场中做圆周运动的半径为r,则2rsin =2l,qvb=mv2r,整理得b=mv0ql。(2)由(1)可知,=4所以t2=342mqbtac=t1+t2,整理得tac=(4+3)l2v0(3)设粒子从纵坐标为y处发射,第一次经x轴时横坐标为x1,速度v与x轴夹角为,则x1=2yl,v=v01+ylsin =yy+l设该粒子在磁场中运动的半径为r,则第二次经x轴的横坐标x2=x1-2rsin ,解得r=l2+yl整理得x2=0即粒子第二次经x轴时,从坐标原点经过。9.(13分)(2017江西南昌模拟)如图所示,在平面直角坐标系的第、象限内有沿y轴负方向的匀强电场,在第象限内同时还存在垂直于纸面向里的匀强磁场。一个质量为m、电荷量为q的带正电的粒子,从a点沿水平直线运动经过b进入第象限,穿过c点后立即进入第象限内的一个上边界与x轴重合的矩形匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外(未画出),粒子最后垂直于y轴进入第象限。已知第、象限内磁场的磁感应强度分别为b0、2b0,a、c两点的坐标分别为(-l,32l),(l,0),不计重力。求:(1)匀强电场的电场强度e;(2)第四象限内矩形磁场的最小面积s;(3)从a点到刚进入第三象限经过的总时间t。答案 (1)3qlb023m(2)12l2(3)(273+4)m12qb0解析 (1)设粒子的初速度为v,由从a到b做水平直线运动,则qb0v=qe,从b到c做类平抛运动,则12qem(lv)2=32l联立解得v=3qlb03m,e=3qlb023m。(2)设粒子经过c点时的速度大小为vc,方向与x轴成角由动能定理得12mvc2=12mv2+qe3l2,cos =vvc解得vc=23qlb03m,=60粒子在第四象限的轨迹如图,由牛顿第二定律得qvc2b0=mvc2r,则r=33l有界磁场的最小面积s=r(r+12r)=12l2。(3)粒子从a到c的时间t1=2lv在有界磁场中运动的时间t2=132mq2b0=m3qb0出磁场后运动时间t3=l-rcos30vc=l4v总时间t=t1+t2+t3=(273+4)m12qb0。10.(13分)在地面附近的真空中,存在着竖直向上的匀强电场和垂直电场方向水平向里的匀强磁场,如图甲所示。磁场的磁感应强度b随时间t的变化情况如图乙所示。该区域中有一条水平直线mn,d是mn上的一点。在t=0时刻,有一个质量为m、电荷量为+q的小球(可看做质点),从m点开始沿着水平直线以速度v0做匀速直线运动,t0时刻恰好到达n点。经观测发现,小球在t=2t0至t=3t0时间内的某一时刻,竖直向下经过直线mn上的d点,并且以后小球多次水平向右或竖直向下经过d点。求:(1)电场强度e的大小;(2)小球从m点开始运动到第二次经过d点所用的时间;(3)小球运动的周期,并画出运动轨迹(只画一个周期)。导学号88904157答案 (1)mgq(2)2t0+mb0q或mqb0(3+1)或2t013+1(3)8t0运动轨迹见解析解析 (1)小球从m点运动到n点时,有qe